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深度解密Go语言之Slice(四)
2019-04-02 00:08:34 】 浏览:481
Tags:深度 解密 语言 Slice
也就是新 slice 的容量是留了一定的 buffer 的。否则,每次添加元素的时候,都会发生迁移,成本太高。

新 slice 预留的 buffer 大小是有一定规律的。网上大多数的文章都是这样描述的:

当原 slice 容量小于 1024 的时候,新 slice 容量变成原来的 2 倍;原 slice 容量超过 1024,新 slice 容量变成原来的1.25倍。

我在这里先说结论:以上描述是错误的。

为了说明上面的规律是错误的,我写了一小段玩具代码:

package main

import "fmt"

func main() {
    s := make([]int, 0)

    oldCap := cap(s)

    for i := 0; i < 2048; i++ {
        s = append(s, i)

        newCap := cap(s)

        if newCap != oldCap {
            fmt.Printf("[%d -> %4d] cap = %-4d  |  after append %-4d  cap = %-4d\n", 0, i-1, oldCap, i, newCap)
            oldCap = newCap
        }
    }
}

我先创建了一个空的 slice,然后,在一个循环里不断往里面 append 新的元素。然后记录容量的变化,并且每当容量发生变化的时候,记录下老的容量,以及添加完元素之后的容量,同时记下此时 slice 里的元素。这样,我就可以观察,新老 slice 的容量变化情况,从而找出规律。

运行结果:

[0 ->   -1] cap = 0     |  after append 0     cap = 1   
[0 ->    0] cap = 1     |  after append 1     cap = 2   
[0 ->    1] cap = 2     |  after append 2     cap = 4   
[0 ->    3] cap = 4     |  after append 4     cap = 8   
[0 ->    7] cap = 8     |  after append 8     cap = 16  
[0 ->   15] cap = 16    |  after append 16    cap = 32  
[0 ->   31] cap = 32    |  after append 32    cap = 64  
[0 ->   63] cap = 64    |  after append 64    cap = 128 
[0 ->  127] cap = 128   |  after append 128   cap = 256 
[0 ->  255] cap = 256   |  after append 256   cap = 512 
[0 ->  511] cap = 512   |  after append 512   cap = 1024
[0 -> 
		    

1023] cap = 1024 | after append 1024 cap = 1280 [0 -> 1279] cap = 1280 | after append 1280 cap = 1696 [0 -> 1695] cap = 1696 | after append 1696 cap = 2304

在老 slice 容量小于1024的时候,新 slice 的容量的确是老 slice 的2倍。目前还算正确。

但是,当老 slice 容量大于等于 1024 的时候,情况就有变化了。当向 slice 中添加元素 1280 的时候,老 slice 的容量为 1280,之后变成了 1696,两者并不是 1.25 倍的关系(1696/1280=1.325)。添加完 1696 后,新的容量 2304 当然也不是 16961.25 倍。

可见,现在网上各种文章中的扩容策略并不正确。我们直接搬出源码:源码面前,了无秘密。

从前面汇编代码我们也看到了,向 slice 追加元素的时候,若容量不够,会调用 growslice 函数,所以我们直接看它的代码。

// go 1.9.5 src/runtime/slice.go:82
func growslice(et *_type, old slice, cap int) slice {
    // ……
    newcap := old.cap
    doublecap := newcap + newcap
    if cap > doublecap {
        newcap = cap
    } else {
        if old.len < 1024 {
            newcap = doublecap
        } else {
            for newcap < cap {
                newcap += newcap / 4
            }
        }
    }
    // ……
    
    capmem = roundupsize(uintptr(newcap) * ptrSize)
    newcap = int(capmem / ptrSize)
}

看到了吗?如果只看前半部分,现在网上各种文章里说的 newcap 的规律是对的。现实是,后半部分还对 newcap 作了一个内存对齐,这个和内存分配策略相关。进行内存对齐之后,新 slice 的容量是要 大于等于 老 slice 容量的 2倍或者1.25倍

之后,向 Go 内存管理器申请内存,将老 slice 中的数据复制过去,并且将 append 的元素添加到新的底层数组中。

最后,向 growslice 函数调用者返回一个新的 slice,这个 slice 的长度并没有变化,而容量却增大了。

关于 append,我们最后来看一个例子,来源于参考资料部分的【Golang Slice的扩容规则】。

package main

import "fmt"

func main() {
    s := []int{1,2}
    s = append(s,4,5,6)
    fmt.Printf("len=%d, cap=%d",len(s),cap(s))
}

运行结果是:

len=5, cap=6

如果按网上各种文章中总结的那样:小于原 slice 长度小于 1024 的时候,容量每次增加 1 倍。添加元素 4 的时候,容量变为4;添加元素 5 的时候不变;添加元素 6 的时候容量增加 1 倍,变成 8。

那上面代码的运行结果就是:

len=5, cap=8

这是错误的!我们来仔细看看,为什么会这样,再次搬出代码:

// go 1.9.5 src/runtime/slice.go:82
func growslice(et *_type, old slice, cap int) slice {
    // ……
    newcap := old.cap
    doublecap := newcap + newcap
    if cap > doublecap {
        newcap = cap
    } else {
        // ……
    }
    // ……
    
    capmem = roundupsize(uintptr(newcap) * ptrSize)
    newcap = int(capmem / ptrSize)
}

这个函数的参数依次是 元素的类型,老的 slice,新 slice 最小求的容量

例子中 s 原来只有 2 个元素,lencap 都为 2,append 了三个元素后,长度变为 3,容量最小要变成 5,即调用 growslice 函数时,传入的第三个参数应该为 5。即 cap=5。而一方面,doublecap 是原 slice容量的 2 倍,等于 4。满足第一个 if 条件,所以 newcap 变成了 5。

接着调用了 roundupsize 函数,传入 40。(代码中ptrSize是指一个指针的大小,在64位机上是8)

我们再看内存对齐,搬出 roundupsize 函数的代码:

// src/runtime/msize.go:13
func roundupsize(size uintptr) uintptr {
    if size < _MaxSmallSize {
        if size <= smallSizeMax-8 {
            return uintptr(c
			
		  
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array(4) { ["type"]=> int(8) ["message"]=> string(24) "Undefined variable: jobs" ["file"]=> string(32) "/mnt/wp/cppentry/do/bencandy.php" ["line"]=> int(217) }