go 切片长度与容量的区别

切片的声明

切片可以看成是数组的引用（实际上切片的底层数据结构确实是数组）。在 Go 中，每个数组的大小是固定的，不能随意改变大小，切片可以为数组提供动态增长和缩小的需求，但其本身并不存储任何数据。

// 数组的声明
var a [5]int //只指定长度，元素初始化为默认值0
var a [5]int{1,2,3,4,5}

// 切片的声明
// 方法1：直接初始化
var s []int //声明一个长度和容量为 0 的 nil 切片
var s []int{1,2,3,4,5} // 同时创建一个长度为5的数组
// 方法2：用make()函数来创建切片
var s = make([]int, 0, 5)

// 切分数组：var 变量名 []变量类型 = arr[low, high]，low和high为数组的索引。
// 记住规则为：左闭右开
var arr = [5]int{1,2,3,4,5}
var slice []int = arr[1:4] // [2,3,4]

切片的长度和容量

切片的长度是它所包含的元素个数。切片的容量是从它的第一个元素到其底层数组元素末尾的个数。切片 s 的长度和容量可通过表达式 len(s) 和 cap(s) 来获取。

s := []int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
fmt.Println(s, len(s), cap(s))
// output: [0 1 2 3 4 5 6 7 8 9] 10 10

s1 := s[0:5]
fmt.Println(s1, len(s1), cap(s1))
// output: [0 1 2 3 4] 5 10

s2 := s[5:]
fmt.Println(s2, len(s2), cap(s2))
// output: [5 6 7 8 9] 5 5

切片追加元素后长度和容量的变化

append 函数

Go 提供了内建的 append 函数，为切片追加新的元素。

func append(s []T, vs ...T) []T

append 的返回值是一个包含原切片所有元素加上新添加元素的切片。

s := []int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
fmt.Println(s, len(s), cap(s))
sResult := append(s, 11)
fmt.Println(sResult, len(sResult), cap(sResult))
// output: 
// [0 1 2 3 4 5 6 7 8 9] 10 10
// [0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11] 11 20

这个时候，我们就可以发现，当我们 append 元素进入切片时，原切片的长度以及容量都发生了变化，但是它们的变化为什么会这样呢？

下面我们一起看看源码是怎么实现的。

切片的源代码学习

Go 中切片的数据结构可以在源码下的 src/runtime/slice.go 中查看。以下源代码基于 go1.16.7 版本。

切片的结构体

切片作为数组的引用，有三个属性字段：指向数组的指针、长度和容量。

type slice struct {
  // 指向底层数组的指针
	array unsafe.Pointer
  // slice 当前元素个数，即 len() 时返回的数
	len   int
  // slice 的容量，即 cap() 时返回的数
	cap   int
}

切片的扩容

slice 通过调用 append 函数来针对slice进行尾部追加元素，如果此时 slice 的 cap 值小于当前 len 加上 append 中传入值的数量，就会调用 runtime.growslice 函数，进行扩容。
我们这里只放出基本的扩容规则的代码解析，如果对内存对齐、数据拷贝等感兴趣，可自行查看对应的源码。

基本扩容规则

func growslice(et *_type, old slice, cap int) slice {
    newcap := old.cap
    doublecap := newcap + newcap
    // 如果新容量大于旧容量的两倍，则直接按照新容量大小申请
    if cap > doublecap {
			newcap = cap
    } else {
        // 如果原有长度小于1024，则新容量是旧容量的2倍
        if old.len < 1024 {
            newcap = doublecap
        } else {
            // 按照原有容量的 1/4 增加，直到满足新容量的需要
            for 0 < newcap && newcap < cap {
                newcap += newcap / 4
            }
            if newcap <= 0 {
                newcap = cap
            }
        }
    }
}

从源码来看，实际上可以整理出几个规则：

• 当原切片长度小于 1024 时，新的切片长度直接加上 append 元素的个数，容量则会直接 *2
• 当原切片长度大于等于 1024 时，新的切片长度直接加上 append 元素的个数，容量则会增加 1/4

总结

• 切片是一个结构体，保存着切片的容量，长度以及指向数组的指针（数组的地址）。
• 从源码来看，当一个切片进行扩容时，会进行 growslice，这是一个花销较大的操作，在日常开发中，如果能明确知道切片的长度或者容量时，我们需要在初始化的时候声明，避免切片频繁扩容而带来的花销。