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本文主要關(guān)注 slice 的相關(guān)操作：

1. 元素賦值(修改)
2. make
3. copy
4. make and copy
5. append

環(huán)境

OS : Ubuntu 20.04.2 LTS; x86_64 
Go : go version go1.16.2 linux/amd64 

聲明

操作系統(tǒng)、處理器架構(gòu)、Golang版本不同，均有可能造成相同的源碼編譯后運(yùn)行時(shí)內(nèi)存地址、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同。

本文僅保證學(xué)習(xí)過程中的分析數(shù)據(jù)在當(dāng)前環(huán)境下的準(zhǔn)確有效性。

代碼清單

package main 
 
import "fmt" 
 
func main() { 
    var src = []int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10} 
    src[3] = 100 
    //src[13] = 200 
    dst := makeSlice() 
    makeSliceCopy(src) 
    growSlice(src) 
    copySlice(dst, src) 
    sliceStringCopy([]byte("hello world"), "hello slice") 
} 
 
//go:noinline 
func sliceStringCopy(slice []byte, s string) { 
    copy(slice, s) 
    PrintInterface(string(slice)) 
} 
 
//go:noinline 
func copySlice(dst []int, src []int) { 
    copy(dst, src) 
    PrintInterface(dst) 
} 
 
//go:noinline 
func growSlice(slice []int) { 
    slice = append(slice, 11) 
    PrintInterface(slice) 
} 
 
//go:noinline 
func makeSliceCopy(array []int) { 
    slice := make([]int, 5) 
    copy(slice, array) 
    PrintInterface(slice) 
} 
 
//go:noinline 
func makeSlice() []int { 
    slice := make([]int, 5) 
    //slice := make([]int, 5, 10) 
    //slice := make([]int, 10, 5) // "len larger than cap in make(%v)" 
    return slice 
} 
 
//go:noinline 
func PrintInterface(v interface{}) { 
    fmt.Println("it =", v) 
} 

深入內(nèi)存

1. 元素賦值

該操作很簡單，直接通過偏移量定位元素內(nèi)存并賦值，對應(yīng)一條機(jī)器指令：

如果如下元素索引超過runtime.slice.cap, 則會(huì)panic。

src[13] = 200 

查看可執(zhí)行程序，Golang編譯器發(fā)現(xiàn)代碼異常之后，直接使用runtime.panicIndex函數(shù)調(diào)用替換了元素賦值及之后的所有操作，退出程序。

這很令人好奇：明明編譯時(shí)期發(fā)現(xiàn)了代碼邏輯錯(cuò)誤，但并沒有終止編譯過程，而是把它變成一個(gè)運(yùn)行時(shí)異常。難道運(yùn)行時(shí)異常更好嗎?

針對這個(gè)問題暫時(shí)沒有找到合理的答案，只能猜測這是編譯器為了應(yīng)對各種代碼場景的一個(gè)通用編譯處理邏輯，而不是僅僅為了處理本例中的情況。

2. make

使用make關(guān)鍵字動(dòng)態(tài)創(chuàng)建 slice。編譯之后make會(huì)變成什么指令，視情況而定。

代碼清單中第42行的makeSlice函數(shù)編譯之后，對應(yīng)的機(jī)器指令如下：

可以看到，make關(guān)鍵字編譯之后，變成了 runtime.makeslice 函數(shù)調(diào)用，其實(shí)現(xiàn)如下：

func makeslice(et *_type, len, cap int) unsafe.Pointer { 
    // 計(jì)算需要分配的內(nèi)存字節(jié)數(shù) 
    mem, overflow := math.MulUintptr(et.size, uintptr(cap)) 
    if overflow || mem > maxAlloc || len < 0 || len > cap { 
        mem, overflow := math.MulUintptr(et.size, uintptr(len)) 
        if overflow || mem > maxAlloc || len < 0 { 
            panicmakeslicelen() 
        } 
        panicmakeslicecap() 
    } 
 
    // 直接分配內(nèi)存 
    return mallocgc(mem, et, true) 
} 

以上代碼非常簡單，有幾個(gè)判斷條件稍微解釋下：

(1)overflow表示元素大小和元素?cái)?shù)量的乘積是否溢出，即是否大于64位無符號(hào)整數(shù)的最大值，肯定是不能大于的;

(2)maxAlloc的值為 0x1000000000000，實(shí)際上大多數(shù)64位處理器和操作系統(tǒng)的內(nèi)存可尋址范圍并不是64位，而是不超過48位，這是Golang一個(gè)內(nèi)存分配和校驗(yàn)邏輯;

(3)len>cap時(shí)，Golang編譯器會(huì)進(jìn)行檢查 ，編譯失敗。

另外，在Golang源碼中，有個(gè) runtime.makeslice64 函數(shù)，并沒有出現(xiàn)在編譯后的可執(zhí)行程序中。在 Go 編譯器代碼中看到應(yīng)該是和32位程序編譯相關(guān)。我們更關(guān)心64位程序，所以不再深究。

3. copy

代碼清單中第23行的copySlice函數(shù)編譯之后，對應(yīng)的機(jī)器指令如下：

將其翻譯為Golang偽代碼，大意如下：

func copySlice(dst []int, src []int) { 
    n := len(dst) 
    if n  > len(src) { 
        n = len(src) 
    } 
    if &dst[0] != &src[0] { 
        runtime.memmove(&dst[0], &src[0], len(dst)*8) 
    } 
    PrintInterface(dst) 
} 

仔細(xì)閱讀以上指令代碼，確定其邏輯與 runtime.slicecopy 函數(shù)相匹配，也就是說copy關(guān)鍵字編譯之后變成了runtime.slicecopy函數(shù)調(diào)用。但是編譯器對runtime.slicecopy函數(shù)進(jìn)行了內(nèi)聯(lián)優(yōu)化，所以最終并不能看到直接的runtime.slicecopy函數(shù)調(diào)用。

在Golang中，copy關(guān)鍵字可以用于把 string 對象拷貝到[]byte對象中;因?yàn)樽址愋瓦€沒有學(xué)習(xí)到，所以暫時(shí)擱置這種特殊情況。

4. make and copy

當(dāng)make和copy兩個(gè)關(guān)鍵字一起使用時(shí)，又發(fā)生了新變化。

代碼清單中第35行的makeSliceCopy函數(shù)編譯之后，對應(yīng)的機(jī)器指令如下：

可以清楚的看到，當(dāng)make和copy兩個(gè)關(guān)鍵字一起使用時(shí)，被Golang編譯器合并成了 runtime.makeslicecopy 函數(shù)調(diào)用。該函數(shù)源代碼邏輯非常清晰，此處不再贅述。

5. append

代碼清單中第29行的growSlice函數(shù)對已經(jīng)滿的 slice 進(jìn)行 append 操作。

編譯之后，對應(yīng)的機(jī)器指令如下：

以上代碼邏輯是：首先進(jìn)行l(wèi)en(slice)+1和cap(slice)比較，對已經(jīng)滿的 slice 進(jìn)行 append 操作時(shí)，將觸發(fā)底層數(shù)組的長度擴(kuò)增(分配新的數(shù)組)，將其翻譯為Golang偽代碼，大意如下：

func growSlice(slice []int) { 
    if len(slice) + 1 > cap(slice) { 
        slice = runtime.growslice(element_type_pointer, slice, 11) 
    } 
    // cap(slice) == 20 
    slice[len(slice)] = 17 
    PrintInterface(slice) 
} 

runtime.growslice 函數(shù)的功能是：slice 進(jìn)行append操作時(shí)，如果該slice已經(jīng)滿了，調(diào)用該函數(shù)重新分配底層數(shù)組進(jìn)行擴(kuò)容。

在本例中，

1. 原 slice 的容量是10，調(diào)用runtime.growslice函數(shù)之后，容量變?yōu)?0。
2. slice元素是 int 類型(element_type_pointer)，關(guān)于該類型的分析可以閱讀內(nèi)存中的整數(shù) 。

通過以上學(xué)習(xí)研究，對slice的各種操作有了本質(zhì)上的了解，相信用起來更加得心應(yīng)手。

本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)「Golang In Memory」