【GoLang】slice切片常见特征介绍及实现原理

程序员勋勋1

已于 2025-02-07 21:30:27 修改

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文章标签： golang 开发语言后端

于 2024-05-29 11:47:44 首次发布

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切片的定义

切片（slice）又称动态数组，依托数组实现，可以方便的进行扩容、传递等，实际使用中比数组更灵活。

底层数据结构

切片的底层数据结构是一个结构体，其中包含 指向底层数组的指针、切片的长度、切片的容量 三部分。切片的数值都存储在底层数组中。
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长度和容量有什么区别呢？
长度指的是切片能操作到的底层数组的一部分，容量指的是底层数组的长度。
当向切片中添加的元素个数超出了切片的长度，超出的元素时可以不必重新分配内存，直接使用预留内存（即剩余容量）即可。

看不懂没关系，下文有例子可以帮助理解。

常见功能

使用make创建切片

make函数用于初始化一个切片，可以同时指定长度和容量，也可以只制定长度，不指定容量（此时容量默认和长度值相等）。
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创建时底层会分配一个数组，数组的长度即容量。

例如，语句slice := make([]int, 5, 10) // 其中5为长度，10为容量。
表示创建了一个长度为5，容量为10的 int 切片。
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切片长度为5，表示可以使用下标slice[0] ~ slice[4]来操作切片里面的元素。若超出该下标则会报错，即使该下标在容量范围内也不行。例如slice[8]就会报错。
切片容量为10，表示后续向切片添加新的元素时可以不必重新分配内存，直接使用预留内存即可。

使用append向切片中添加元素

append函数用于向切片中添加元素。
例如： append(sli, 1, 2, 3) // 添加的元素个数不固定
表示向切片sli中添加了1、2、3，共三个元素。

添加元素的具体步骤：

使用append()向切片添加一个元素的实现步骤如下：
先判断切片容量是否够用，
若切片容量够用，则将新元素追加进去，然后切片长度增加，返回切片；
若切片容量不够，则将切片先扩容，扩容后切片会指向一个新的且长度更长的底层数组，此时新切片的长度没变，容量变为了新数组的长度。接着将新元素追加进新切片，新切片的长度增加，返回新的切片；

难么，新底层数组的长度是多少呢？

切片的扩容机制：

我们向切片中添加元素，长度会不断增加，当长度大于容量时，切片会发生扩容——切片会指向新开辟的数组，原数组中的元素会自动追加到新数组中。切片的容量也会增大。这样就相当于得到一个新切片。

切片的扩容机制历经过2个版本的变化，我们讲一下当前最新版的1.22。

Go 1.22 引入了 nextslicecap 函数来计算新容量，取代了旧版本的直接翻倍或固定比例扩容策略。具体规则如下：

若期望容量超过当前容量的两倍：直接使用期望容量作为新容量。

若当前容量小于阈值（默认 256）：容量翻倍（即 newcap = oldcap * 2）。

若当前容量 ≥ 阈值：采用渐进式扩容，每次增加 (当前容量 + 3*阈值) / 4，直到满足需求。这种策略使扩容系数从 2 倍平滑过渡到约 1.25 倍，减少大切片的内存浪费。

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示例：

旧容量为 512 时，新容量计算为 512 + (512 + 3*256)/4 = 512 + 320 = 832，扩容系数约 1.625 倍。

随着容量增大，扩容系数逐渐趋近 1.25 倍。

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了解这些之后，我们做一道题来巩固一下。

题目如下：
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心中有结果了吗？往下看答案吧

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首先创建了一个切片，长度为2，故此时底层数组为 [0, 0]。
第一次添加，先将元素添加到底层数组为[0, 0, 1]，接着长度增加为3。
第二次添加，因切片长度大于容量，先触发扩容，使切片指向新底层数组，接着将元素添加到新底层数组[0, 0, 1, 2]，之后新切片长度增加为4。
新切片的容量为6，是原切片容量的2倍。

copy

copy()函数用于将一个切片的数据逐个拷贝到另一个切片中，拷贝元素数量为两个切片长度的最小值（例如长度为10的切片拷贝到长度为5的切片时，将会拷贝5个元素。）。

例如： copy(sli2, sli) // 将sli的元素拷贝到sli2中

示例：
在这里插入图片描述

截取数组或切片生成新切片

我们可以通过对数组或切片进行截取，从而获得到一个新切片。
新切片与原切片共用一个底层数组。
例如 slice := array[start: end]
新切片slice的长度是end-start，容量是从start开始直至array的结束。
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示例：在这里插入图片描述

slice := array[:end]
表示从array的索引位置0到end处所获得的切片，len=end

slice := array[start:]
从array的索引位置start到len(array)-1处所获得的切片

还有另一种不常见的写法：
slice[start: end: max]
这样写是为了限制新切片的容量, 其中max-start表示新切片的容量，end-start表示新切片的长度。
0<=start<=end<=max<=cap(原切片)

示例：
在这里插入图片描述

让我们做一道题巩固一下：思考下方打印结果
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答案：在这里插入图片描述

作为函数参数

切片可以作为函数的参数，在函数内部可以对切片进行操作。但有一点需要注意：

go语言中，函数传参都是传递一个拷贝的副本。
有的副本是非引用类型，那么就无法在函数内部对参数的原值进行操作
有的副本是引用类型，那么就可以通过指针指向原值的地址，在函数内部实现对原值的操作。

切片的本质上是一个结构体，其中的长度、容量为非引用类型，但指向底层数组的指针为引用类型。
所以，函数内部可以对切片参数进行底层数组上的操作，但无法操作其原本的长度和容量。

懂了这些之后，我们上两道题实践一下。
思考一下，会输出什么内容？

package main

import "fmt"

func sliceRise(s []int) {
	s = append(s, 0)
	for i := range s {
		s[i]++
	}
}

func main() {
	s1 := []int{1, 2}
	s2 := s1
	s2 = append(s2, 3)
	sliceRise(s1)
	sliceRise(s2)
	fmt.Println(s1, s2) 
}

结果：
在这里插入图片描述
先看s1，在传入函数之前，s1的长度为2，容量为2。传入函数之后，函数内对s1的副本append了一个元素，这时s1副本的长度大于容量，发生扩容，使得s1副本指向了一个新的底层数组，之后函数内部对s1副本的自增都是发生在新的底层数组，所以最后main函数中打印的s1的值不变。

再看s2，在传入函数之前，s2由s1直接赋值得到，长度为2，容量为2，对s2进行append之后，s2发生扩容，长度变为3，容量变为4，指向新的底层数组。传入函数之后，函数内对s2副本append一个元素，s2副本长度变为4，此时s2副本容量也为4，未发生扩容，所以未指向新的底层数组，所以之后对s2副本进行的自增都是发生在指向的原底层数组上，所以最后在main函数中打印s2的值会发生自增。函数内部s2副本的长度增加到4，但增加的只是副本的长度，非引用类型的副本变化不改变原值，所以在main函数中的s2的长度是不变的，依旧为3。所以最后结果为 [2, 3, 4]。

再看一题：
思考一下，会输出什么内容？

func main() {
	x := make([]int,0,10)
	x = append(x,1,2,3)
	y := append(x,4)
	z := append(x,5)
	fmt.Println(x)
	fmt.Println(y)
	fmt.Println(z)
}

答案如下：
在这里插入图片描述

先说x，最开始，x由make函数创建而来，长度为0，容量为10，对x进行append之后，x的长度变为3，容量为10。

接着，y:=append(x, 4)，表示创建一个新切片，新切片的底层数组为将元素4添加到x底层数组之后的底层数组，新切片的长度为x的长度增加之后的长度，接着将新切片赋值给y。也就是说，x的底层数组变了，为[1, 2, 3, 4, 0, 0, 0, 0, 0 ,0]，但x的长度是不变的，仍为3。y与x共用一个底层数组。

接着，z:=append(x,5)，向x中添加元素5，此时x长度为3，添加的5只能占用x的第4个索引位置，也就是要覆盖元素4，所以x底层数组变为[1, 2, 3, 5, 0 ,0 ,0 ,0 ,0 ,0]。z与x也共用一个底层数组。

所以最后输出的结果y与z是相同的，他们俩都共用x的底层数组，他们俩的长度都为4。