切片底层学习

切片的数据结构

1. 切片本身并不是动态数组或数组指针。它内部实现的数据结构通过指针引用底层数组，设定相关属性将数据读写操作限定在指定的区域内。
2. 切片本身是一个只读对象，其工作机制类似于数组指针的一种封装。
3. 切片（slice）是对数组一个连续片段的引用，所以切片是一个引用类型。需要注意的是，终止索引标识的项不包括在切片内。切片提供了一个与指向数组的动态窗口。
4. 切片的长度可以在运行时修改，最小为 0 最大为相关数组的长度：切片是一个长度可变的数组。

Slice的数据结构定义如下

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

切片的结构体由3部分构成，Pointer 是指向一个数组的指针，len 代表当前切片的长度，cap 是当前切片的容量。cap 总是大于等于 len 的。

切片的扩容机制

• 首先判断，如果新申请容量（cap）大于2倍的旧容量（old.cap），最终容量（newcap）就是新申请的容量（cap）
• 否则判断，如果旧切片的长度小于1024，则最终容量(newcap)就是旧容量(old.cap)的两倍，即（newcap=doublecap）
• 否则判断，如果旧切片长度大于等于1024，则最终容量（newcap）从旧容量（old.cap）开始循环增加原来的 1/4，即（newcap=old.cap,for {newcap += newcap/4}）直到最终容量（newcap）大于等于新申请的容量(cap)，即（newcap >= cap）
• 如果最终容量（cap）计算值溢出，则最终容量（cap）就是新申请容量（cap）

由上图可知，预估容量为5，预估容量只是预估元素的个数，这么多元素需要多大内存呢?

内存容量 = 预估容量 *元素类型大小

上图中预估容量为 5 元素类型大小为int类型，64位为8个字节，所以预估内存大小为 5*8 = 40
那么分配内存容量就是40吗，并不是，在很多编程语言中，内存的分配并不是直接与操作系统交涉，而是与语言内存的管理模块，他会提前向操作系统中申请一批内存，分成常用的规格管理起来，如图

它会选择只够大而且接近的内存，所以选择48，48/8 = 6，所以扩容的容量为 6

使用make创建切片

使用make来创建Slice时，可以同时指定长度和容量，创建时底层会分配一个数组，数组的长度即容量
例如：slice := make([]int,5,10)

该Slice长度为5，即可以使用下标slice[0] ~ slice[4]来操作里面的元素，capacity为10，表示后续向slice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。

使用数组创建slice

使用数组来创建Slice时，Slice将与原数组共用一部分内存。

案例：

func main() {
    var array [10]int

    var slice = array[5:6]

    fmt.Println("lenth of slice: ", len(slice))//1
    fmt.Println("capacity of slice: ", cap(slice))//5
    fmt.Println(&slice[0] == &array[5])//true
}

slice根据数组创建，与数组共用存储空间所以slice[0]和array[5]的地址相同
例如，语句slice := array[5:7]所创建的Slice，结构如下图所示：

Slice Copy

使用copy()内置函数拷贝两个切片时，会将源切片的数据逐个拷贝到目的切片指向的数组中，拷贝数量取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。copy时不会发生扩容

注意

• 创建切片时可根据实际需要预分配容量，尽量避免追加过程中扩容操作，有利于提升性能；
• 切片拷贝时需要判断实际拷贝的元素个数
• 谨慎使用多个切片操作同一个数组，以防读写冲突
• 使用append()向切片中追加元素时有可能发生扩容，扩容时将会生成新的切片。