golang slice 和 string 重用

相比於 c/c++，golang 的一個很大的改進就是引入了 gc 機制，不再需要使用者自己管理記憶體，大大減少了程式由於記憶體洩露而引入的 bug，但是同時 gc 也帶來了額外的效能開銷，有時甚至會因為使用不當，導致 gc 成為效能瓶頸，所以 golang 程式設計的時候，應特別註意物件的重用，以減少 gc 的壓力。而 slice 和 string 是 golang 的基本型別，瞭解這些基本型別的內部機制，有助於我們更好地重用這些物件

slice 和 string 內部結構

slice 和 string 的內部結構可以在 $GOROOT/src/reflect/value.go 裡面找到

type StringHeader struct {
    Data uintptr
    Len  int
}
type SliceHeader struct {
    Data uintptr
    Len  int
    Cap  int
}

可以看到一個 string 包含一個資料指標和一個長度，長度是不可變的

slice 包含一個資料指標、一個長度和一個容量，當容量不夠時會重新申請新的記憶體，Data 指標將指向新的地址，原來的地址空間將被釋放

從這些結構就可以看出，string 和 slice 的賦值，包括當做引數傳遞，和自定義的結構體一樣，都僅僅是 Data 指標的淺複製

slice 重用

append 操作

si1 := []int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
si2 := si1
si2 = append(si2, 0)
Convey("重新分配記憶體", func() {
    essay-header1 := (*reflect.SliceHeader)(unsafe.Pointer(&si1;))
    essay-header2 := (*reflect.SliceHeader)(unsafe.Pointer(&si2;))
    fmt.Println(essay-header1.Data)
    fmt.Println(essay-header2.Data)
    So(essay-header1.Data, ShouldNotEqual, essay-header2.Data)
})

si1 和 si2 開始都指向同一個陣列，當對 si2 執行 append 操作時，由於原來的 Cap 值不夠了，需要重新申請新的空間，因此 Data 值發生了變化，在 $GOROOT/src/reflect/value.go 這個檔案裡面還有關於新的 cap 值的策略，在 grow 這個函式裡面，當 cap 小於 1024 的時候，是成倍的增長，超過的時候，每次增長 25%，而這種記憶體增長不僅僅資料複製（從舊的地址複製到新的地址）需要消耗額外的效能，舊地址記憶體的釋放對 gc 也會造成額外的負擔，所以如果能夠知道資料的長度的情況下，儘量使用make([]int, len, cap) 預分配記憶體，不知道長度的情況下，可以考慮下麵的記憶體重用的方法

記憶體重用

si1 := []int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
si2 := si1[:7]
Convey("不重新分配記憶體", func() {
    essay-header1 := (*reflect.SliceHeader)(unsafe.Pointer(&si1;))
    essay-header2 := (*reflect.SliceHeader)(unsafe.Pointer(&si2;))
    fmt.Println(essay-header1.Data)
    fmt.Println(essay-header2.Data)
    So(essay-header1.Data, ShouldEqual, essay-header2.Data)
})

Convey("往切片裡面 append 一個值", func() {
    si2 = append(si2, 10)
    Convey("改變了原 slice 的值", func() {
        essay-header1 := (*reflect.SliceHeader)(unsafe.Pointer(&si1;))
        essay-header2 := (*reflect.SliceHeader)(unsafe.Pointer(&si2;))
        fmt.Println(essay-header1.Data)
        fmt.Println(essay-header2.Data)
        So(essay-header1.Data, ShouldEqual, essay-header2.Data)
        So(si1[7], ShouldEqual, 10)
    })
})

si2 是 si1 的一個切片，從第一段程式碼可以看到切片並不重新分配記憶體，si2 和 si1 的 Data 指標指向同一片地址，而第二段程式碼可以看出，當我們往 si2 裡面 append 一個新的值的時候，我們發現仍然沒有記憶體分配，而且這個操作使得 si1 的值也發生了改變，因為兩者本就是指向同一片 Data 區域，利用這個特性，我們只需要讓 si1 = si1[:0] 就可以不斷地清空 si1 的內容，實現記憶體的復用了

PS: 你可以使用 copy(si2, si1) 實現深複製

string

Convey("字串常量", func() {
    str1 := "hello world"
    str2 := "hello world"
    Convey("地址相同", func() {
        essay-header1 := (*reflect.StringHeader)(unsafe.Pointer(&str1;))
        essay-header2 := (*reflect.StringHeader)(unsafe.Pointer(&str2;))
        fmt.Println(essay-header1.Data)
        fmt.Println(essay-header2.Data)
        So(essay-header1.Data, ShouldEqual, essay-header2.Data)
    })
})

這個例子比較簡單，字串常量使用的是同一片地址區域

Convey("相同字串的不同子串", func() {
    str1 := "hello world"[:6]
    str2 := "hello world"[:5]
    Convey("地址相同", func() {
        essay-header1 := (*reflect.StringHeader)(unsafe.Pointer(&str1;))
        essay-header2 := (*reflect.StringHeader)(unsafe.Pointer(&str2;))
        fmt.Println(essay-header1.Data, str1)
        fmt.Println(essay-header2.Data, str2)
        So(str1, ShouldNotEqual, str2)
        So(essay-header1.Data, ShouldEqual, essay-header2.Data)
    })
})

相同字串的不同子串，不會額外申請新的記憶體，但是要註意的是這裡的相同字串，指的是str1.Data == str2.Data && str1.Len == str2.Len，而不是 str1 == str2，下麵這個例子可以說明 str1 == str2 但是其 Data 並不相同

Convey("不同字串的相同子串", func() {
    str1 := "hello world"[:5]
    str2 := "hello golang"[:5]
    Convey("地址不同", func() {
        essay-header1 := (*reflect.StringHeader)(unsafe.Pointer(&str1;))
        essay-header2 := (*reflect.StringHeader)(unsafe.Pointer(&str2;))
        fmt.Println(essay-header1.Data, str1)
        fmt.Println(essay-header2.Data, str2)
        So(str1, ShouldEqual, str2)
        So(essay-header1.Data, ShouldNotEqual, essay-header2.Data)
    })
})

實際上對於字串，你只需要記住一點，字串是不可變的，任何字串的操作都不會申請額外的記憶體（對於僅內部資料指標而言），我曾自作聰明地設計了一個 cache 去儲存字串，以減少重覆字串所佔用的空間，事實上，除非這個字串本身就是由 []byte 建立而來，否則，這個字串本身就是另一個字串的子串（比如透過 strings.Split 獲得的字串），本來就不會申請額外的空間，這麼做簡直就是多此一舉

參考連結

• Go Slices: usage and internals：https://blog.golang.org/go-slices-usage-and-internals

• 測試程式碼連結：https://github.com/hatlonely/hellogolang/blob/master/internal/buildin/reuse_test.go

原文連結：http://hatlonely.com/2018/03/17/golang-slice-%E5%92%8C-string-%E9%87%8D%E7%94%A8/