【golang学习】从源码看go 1.20的切片扩容机制

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文章详细分析了Go语言中切片扩容的机制，通过源码解读发现切片扩容并非简单的固定比例增长，而是根据原始容量和新增元素数量，结合元素类型进行计算，并涉及到内存对齐等优化策略。扩容过程分为两个阶段，首先是数字计算，然后根据元素类型和内存管理进行调整。文章还探讨了为何Go语言需要如此复杂的扩容机制，以提高程序性能。

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1 问题所在

对于切片扩容机制，我最初的理解就是以下：

如果切片的容量小于1024，则扩为原来容量的两倍，如果切片容量超过1024，则扩为原来的1.25倍。
于是，我写出以下代码准备验证一下这件事：

func main() {
   
	a := make([]int, 3)		//a为3
	print("a before append:")
	slicePrint(a)
	a = append(a, 1)
	print("a after append:")
	slicePrint(a)
	b := make([]int, 100)	//b为100
	print("b before append:")
	slicePrint(b)
	b = append(b, 1)
	print("b after append:")
	slicePrint(b)
	c := make([]int, 1000)	//c为1000
	print("c before append:")
	slicePrint(c)
	c = append(c, 1)
	print("c after append:")
	slicePrint(c)
}

func slicePrint(s []int) {
   
	fmt.Printf("len=%d cap=%d \n", len(s), cap(s))
}

输出的结果为：

a before append:len=3 cap=3 
a after append:len=4 cap=6
b before append:len=100 cap=100
b after append:len=101 cap=224
c before append:len=1000 cap=1000
c after append:len=1001 cap=1536

可以看到的是，a切片的cap确实是变成了2倍，而b、c切片并没有按照期望那样去扩充为2倍或者是1.25倍，故可以推断出在go 1.20版本下，开头那段盛行的话是错误的。于是，我们从源码去看看到底是怎么扩容的。

2 源码分析

根据网上的信息，append()函数在扩容时调用的是…/src/runtime/slice.go文件中的growslice()函数，那么我们来看一下这个函数。这个函数很长，我们分为几个部分来看。

2.1 注释部分

在这里，我截取了注释中的参数和返回值部分，做一个简单说明。

// growslice allocates new backing store for a slice.
//
// arguments:
//
//	oldPtr = pointer to the slice's backing array
//	newLen = new length (= oldLen + num)
//	oldCap = original slice's capacity.
//	   num = number of elements being added
//	    et = element type
//
// return values:
//
//	newPtr = pointer to the new backing store
//	newLen = same value as the argument
//	newCap = capacity of the new backing store

可以看到的是，函数的参数有5个，分别是指针类型的oldPtr，指向原切片的数据地址；int类型的newLen，oldCap以及num，分别代表着新的切片长度，原切片的容量以及加入切片的元素个数；最后是一个类型的指针et，这个是切片中元素的数据类型，例如int类型与int32类型会有区别。函数的返回值有3个，分别是newPtr即新的地址，newLen新的长度，newCap新的容量。

另外，也可以从剩下的注释中得到一些其他的信息，所以源码中的注释有必要看一下。

2.2growSlice()函数主体部分

以下是go 1.20版本中的完整的growSlice()函数

func growslice(oldPtr unsafe.Pointer, newLen, oldCap, num int, et *_type) slice {
   
	oldLen := newLen - num
	if raceenabled {
   
		callerpc := getcallerpc()
		racereadrangepc(oldPtr, uintptr(oldLen*int(et.size)), callerpc, abi.FuncPCABIInternal(growslice))
	}
	if msanenabled {
   
		msanread(oldPtr, uintptr(oldLen*int(et.size)))
	}
	if asanenabled {
   
		asanread(oldPtr, uintptr(oldLen*int(et.size)))
	}

	if newLen