面试题

最近Go 101的作者公布了11道Go面试题，十分乏味，打算写一个系列对每道题做具体解析。欢送大家关注。

大家能够看上面这道对于slice的题目，通过这道题咱们能够对slice的个性和注意事项有一个深刻了解。

package mainimport "fmt"func main() {    a := [...]int{0, 1, 2, 3}    x := a[:1]    y := a[2:]    x = append(x, y...)    x = append(x, y...)    fmt.Println(a, x)}
  • A: [0 1 2 3] [0 2 3 3 3]
  • B: [0 2 3 3] [0 2 3 3 3]
  • C: [0 1 2 3] [0 2 3 2 3]
  • D: [0 2 3 3] [0 2 3 2 3]

大家能够在评论区留下你们的答案。这道题有几个考点：

  1. slice的底层数据结构是什么？给slice赋值，到底赋了什么内容？
  2. 通过:操作失去的新slice和原slice是什么关系？新slice的长度和容量是多少？
  3. append在背地到底做了哪些事件？
  4. slice的扩容机制是什么？

解析

咱们先一一解答下面的问题。

slice的底层数据结构

talk is cheap, show me the code. 间接上slice的源码：

slice定义在src/runtime/slice.go第15行，源码地址：https://github.com/golang/go/...。

Pointer定义在src/unsafe/unsafe.go第184行，源码地址：https://github.com/golang/go/...。

type slice struct {    array unsafe.Pointer    len   int    cap   int}type Pointer *ArbitraryType

slice实际上是一个构造体类型，蕴含3个字段，别离是

  • array: 是指针，指向一个数组，切片的数据理论都存储在这个数组里。
  • len: 切片的长度。
  • cap: 切片的容量，示意切片以后最多能够存储多少个元素，如果超过了现有容量会主动扩容。

因而给slice赋值，实际上都是给slice里的这3个字段赋值。看起来这像是一句正确的废话，然而置信我，记住这句话能够帮忙你十分清晰地了解对slice做批改后slice里3个字段的值是怎么变的，slice 指向的底层数组的数据是怎么变的。

:宰割操作符

:宰割操作符有几个特点：

  1. :能够对数组或者slice做数据截取，:失去的后果是一个新slice。
  2. 新slice构造体里的array指针指向原数组或者原slice的底层数组，新切片的长度是：左边的数值减去右边的数值，新切片的容量是原切片的容量减去:右边的数值。

  3. :的右边如果没有写数字，默认是0，左边没有写数字，默认是被宰割的数组或被宰割的切片的长度。

    a := make([]int, 0, 4) // a的长度是0，容量是4b := a[:] // 等价于 b := a[0:0], b的长度是0，容量是4c := a[:1] // 等价于 c := a[0:1], b的长度是1，容量是4d := a[1:] // 编译报错 panic: runtime error: slice bounds out of rangee := a[1:4] // e的长度3，容量3
  4. :宰割操作符左边的数值有下限，下限有2种状况
  • 如果宰割的是数组，那下限是是被宰割的数组的长度。
  • 如果宰割的是切片，那下限是被宰割的切片的容量。留神，这个和下标操作不一样，如果应用下标索引拜访切片，下标索引的最大值是(切片的长度-1)，而不是切片的容量。

一图胜千言，咱们通过上面的示例来解说下切片宰割的机制。

下图示意slice构造，ptr示意array指针，指向底层数组，len和cap别离是切片的长度和容量。

step1: 咱们通过代码s := make([]byte, 5, 5)来创立一个切片s，长度和容量都是5，构造示意如下：


step2: 当初对切片s做宰割s2 := s[2:4]，失去一个新切片s2，构造如下。

  • s2还是指向原切片s的底层数组，只不过指向的起始地位是下标索引为2的地位。
  • s2的长度len(s2)是2，因为s2 := s[2:4]只是截取了切片s下标索引为2和3的2个元素。
  • s2的容量cap(s2)是3，因为从s2指向的数组地位到底层数组开端，能够存3个元素。
  • 因为长度是2，所以只有s2[0]和s2[1]是无效的下标索引拜访。然而，容量为3，s2[0:3]是一个无效的宰割表达式。

step3: 对切片s做宰割s3 := s2[:cap(s2)]，失去一个新切片s3，构造如下：

  • s3指向切片s2的底层数组，同样也是s的底层数组，指向的起始地位是s2的起始地位，对应数组下标索引为2的地位。
  • s3的长度len(s3)是3，因为s3 := s2[:cap(s2)]截取了切片s2 下标索引为0，1，2的3个元素。
  • s3的容量cap(s3)是3，因为从s3指向的数组地位到底层数组开端，能够存3个元素。

因而，对数组或者切片做:宰割操作产生的新切片还是指向原来的底层数组，并不会把原底层数组的元素拷贝一份到新的内存空间里。

正是因为他们指向同一块内存空间，所以对原数组或者原切片的批改会影响宰割后的新切片的值，反之亦然。

append机制

要理解append的机制，间接看源码阐明。

// The append built-in function appends elements to the end of a slice. If// it has sufficient capacity, the destination is resliced to accommodate the// new elements. If it does not, a new underlying array will be allocated.// Append returns the updated slice. It is therefore necessary to store the// result of append, often in the variable holding the slice itself://    slice = append(slice, elem1, elem2)//    slice = append(slice, anotherSlice...)// As a special case, it is legal to append a string to a byte slice, like this://    slice = append([]byte("hello "), "world"...)func append(slice []Type, elems ...Type) []Type

  • append函数返回的是一个切片，append在原切片的开端增加新元素，这个开端是切片长度的开端，不是切片容量的开端。

    func test() {    a := make([]int, 0, 4)    b := append(a, 1) // b=[1], a指向的底层数组的首元素为1，然而a的长度和容量不变    c := append(a, 2) // a的长度还是0，c=[2], a指向的底层数组的首元素变为2    fmt.Println(a, b, c) // [] [2] [2]}

  • 如果原切片的容量足以蕴含新减少的元素，那append函数返回的切片构造里3个字段的值是：

    • array指针字段的值不变，和原切片的array指针的值雷同，也就是append是在原切片的底层数组返回的切片还是指向原切片的底层数组
    • len长度字段的值做相应减少，减少了N个元素，长度就减少N
    • cap容量不变

  • 如果原切片的容量不够存储append新减少的元素，Go会先调配一块容量更大的新内存，而后把原切片里的所有元素拷贝过去，最初在新的内存里增加新元素。append函数返回的切片构造里的3个字段的值是：

    • array指针字段的值变了，不再指向原切片的底层数组了，会指向一块新的内存空间
    • len长度字段的值做相应减少，减少了N个元素，长度就减少N
    • cap容量会减少

留神：append不会扭转原切片的值，原切片的长度和容量都不变，除非把append的返回值赋值给原切片。

那么问题来了，新切片的容量是依照什么规定计算得进去的呢？

slice扩容机制

slice的扩容机制随着Go的版本迭代，是有变动的。目前网上大部分的说法是上面这个：

当原 slice 容量小于 1024 的时候，新 slice 容量变成原来的 2 倍；原 slice 容量超过 1024，新 slice 容量变成原来的1.25倍。

这里明确通知大家，这个论断是谬误的。

slice扩容的源码实现在src/runtime/slice.go里的growslice函数，源码地址：https://github.com/golang/go/...。

Go 1.18的扩容实现代码如下，et是切片里的元素类型，old是原切片，cap等于原切片的长度+append新增的元素个数。

func growslice(et *_type, old slice, cap int) slice {    // ...    newcap := old.cap    doublecap := newcap + newcap    if cap > doublecap {        newcap = cap    } else {        const threshold = 256        if old.cap < threshold {            newcap = doublecap        } else {            // Check 0 < newcap to detect overflow            // and prevent an infinite loop.            for 0 < newcap && newcap < cap {                // Transition from growing 2x for small slices                // to growing 1.25x for large slices. This formula                // gives a smooth-ish transition between the two.                newcap += (newcap + 3*threshold) / 4            }            // Set newcap to the requested cap when            // the newcap calculation overflowed.            if newcap <= 0 {                newcap = cap            }        }    }    var overflow bool    var lenmem, newlenmem, capmem uintptr    // Specialize for common values of et.size.    // For 1 we don't need any division/multiplication.    // For sys.PtrSize, compiler will optimize division/multiplication into a shift by a constant.    // For powers of 2, use a variable shift.    switch {    case et.size == 1:        lenmem = uintptr(old.len)        newlenmem = uintptr(cap)        capmem = roundupsize(uintptr(newcap))        overflow = uintptr(newcap) > maxAlloc        newcap = int(capmem)    case et.size == goarch.PtrSize:        lenmem = uintptr(old.len) * goarch.PtrSize        newlenmem = uintptr(cap) * goarch.PtrSize        capmem = roundupsize(uintptr(newcap) * goarch.PtrSize)        overflow = uintptr(newcap) > maxAlloc/goarch.PtrSize        newcap = int(capmem / goarch.PtrSize)    case isPowerOfTwo(et.size):        var shift uintptr        if goarch.PtrSize == 8 {            // Mask shift for better code generation.            shift = uintptr(sys.Ctz64(uint64(et.size))) & 63        } else {            shift = uintptr(sys.Ctz32(uint32(et.size))) & 31        }        lenmem = uintptr(old.len) << shift        newlenmem = uintptr(cap) << shift        capmem = roundupsize(uintptr(newcap) << shift)        overflow = uintptr(newcap) > (maxAlloc >> shift)        newcap = int(capmem >> shift)    default:        lenmem = uintptr(old.len) * et.size        newlenmem = uintptr(cap) * et.size        capmem, overflow = math.MulUintptr(et.size, uintptr(newcap))        capmem = roundupsize(capmem)        newcap = int(capmem / et.size)    }    // ...    return slice{p, old.len, newcap}}

newcap是扩容后的容量，先依据原切片的长度、容量和要增加的元素个数确定newcap大小，最初再对newcap做内存对齐失去最初的newcap。

答案

咱们回到本文最开始的题目，逐行解析每行代码的执行后果。

代码切片对应后果
a := [...]int{0, 1, 2, 3}a是一个数组，长度是4，值是[ 0 1 2 3]
x := a[:1]x是一个切片，切片里的指针指向数组a的首元素，值是[0]，长度1，容量4
y := a[2:]y是一个切片，切片里的指针指向数组a的第2个元素，值是[2 3]，长度2，容量2
x = append(x, y...)x的残余容量还有3个，足以存储y里的2个元素，所以x不会扩容，x的值是[0 2 3]，长度3，容量4。因为x, a, y都指向同一块内存空间，所以x的批改影响了a和y。
a的值变为[0 2 3 3]，长度4，容量4
y的值变为[3 3]，长度2，容量2
x = append(x, y...)x的残余容量只有1个，不足以存储y里的2个元素，所以要扩容。append(x, y)的后果是失去一个新切片，值是[0 2 3 3 3]，长度5，容量8。
append的返回值赋值给x，所以切片x会指向扩容后的新内存。
fmt.Println(a, x)a的值还是[0 2 3 3]没有变动，所以打印后果是[0 2 3 3] [0 2 3 3 3 3 ]，答案是B

加餐：copy机制

Go的内置函数copy能够把一个切片里的元素拷贝到另一个切片，源码定义在src/builtin/builtin.go，代码如下：

// The copy built-in function copies elements from a source slice into a// destination slice. (As a special case, it also will copy bytes from a// string to a slice of bytes.) The source and destination may overlap. Copy// returns the number of elements copied, which will be the minimum of// len(src) and len(dst).func copy(dst, src []Type) int

copy会从原切片src拷贝 min(len(dst), len(src))个元素到指标切片dst，

因为拷贝的元素个数min(len(dst), len(src))不会超过指标切片的长度len(dst)，所以copy执行后，指标切片的长度不会变，容量不会变。

留神：原切片和指标切片的内存空间可能会有重合，copy后可能会扭转原切片的值，参考下例。

package mainimport "fmt"func main() {    a := []int{1, 2, 3}    b := a[1:] // [2 3]    copy(a, b) // a和b内存空间有重叠    fmt.Println(a, b) // [2 3 3] [3 3]}

总结

对于slice，时刻想着对slice做了批改后，slice里的3个字段：指针，长度，容量是怎么变的。
  • slice是一个构造体类型，外面蕴含3个字段：指向数组的array指针，长度len和容量cap。给slice赋值是对slice里的指针，长度和容量3个字段别离赋值。
  • :宰割操作符的后果是一个新切片，新slice构造体里的array指针指向原数组或者原slice的底层数组，新切片的长度是：左边的数值减去右边的数值，新切片的容量是原切片的容量减去:右边的数值。

  • :宰割操作符左边的数值下限有2种状况：

    • 如果宰割的是数组，那下限是是被宰割的数组的长度。
    • 如果宰割的是切片，那下限是被宰割的切片的容量。留神，这个和下标操作不一样，如果应用下标索引拜访切片，下标索引的最大值是(切片的长度-1)，而不是切片的容量。
  • 对于append操作和copy操作，要分明背地的执行逻辑。

  • 打印slice时，是依据slice的长度来打印的

    a := make([]int, 1, 4) // a的长度是1，容量是4b := append(a, 1) // 往a的开端增加元素1，b=[0 1], a的长度还是1，a和b指向同一个底层数组fmt.Println(a, b) // [0] [0 1]
  • Go在函数传参时，没有传援用这个说法，只有传值。网上有些文章写Go的slice，map，channel作为参数是传援用，这是谬误的，能够参考我之前的文章Go有援用变量和援用传递么？

开源地址

文章和示例代码开源地址在GitHub: https://github.com/jincheng9/...

公众号：coding进阶

集体网站：https://jincheng9.github.io/

思考题

留下2道思考题，欢送大家在评论区留下你们的答案。

  • 题目1：

    package mainimport "fmt"func main() {    a := []int{1, 2}    b := append(a, 3)    c := append(b, 4)    d := append(b, 5)    fmt.Println(a, b, c[3], d[3])}

  • 题目2

    package mainimport "fmt"func main() {    s := []int{1, 2}    s = append(s, 4, 5, 6)    fmt.Println(len(s), cap(s))}

References

  • https://go101.org/quizzes/sli...
  • https://go.dev/blog/slices-intro
  • https://github.com/golang/go/...
  • https://qcrao91.gitbook.io/go...