golang源碼分析--slice

切片基礎概念:

切片是圍繞動態數組的概念構建的，可以按需自動增長和縮小。(注意:切片傳遞的是指針的拷貝值，所以可以在函數裏面修改指針指向的值，對外有影響)

切片的自動增長是通過append()函數來實現的

切片的底層內存也是在連續塊中分配的，所以切片還能獲得索引，迭代以及爲垃圾回收優化的好處。

源碼分析:

結構體定義

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

slice的結構體包含三個參數，指針，長度，容量
所以傳遞一個切片切片需要24字節的內存：指針字段需要8字節，長度和容量字段分別需要8字節。

切片作爲函數傳遞需要注意的地方:

1.切片作爲函數的參數在函數內改變值
切片作爲參數可以節省空間，但是需要注意的是切片傳遞過去的值爲指針，所以在函數中改變切片指向的值，在函數外也會有影響，這是由切片結構體內存儲的指針特性決定的

func changevalue(arr []int){
	arr[0] = 2
	fmt.Println(&arr[0])
}

func main() {
	arr:=make([]int,0,2)
	arr = append(arr,1)
	fmt.Println(arr)
	changevalue(arr)
	fmt.Println(arr)
	fmt.Println(&arr[0])
}

輸出

[1]
0xc0000601b0
[2]
0xc0000601b0

2.切片在函數中的append操作
append未在源碼內找到實現方式，但是append的作用如下:
append函數將元素追加到slice的結尾，若切片還有生效的容量，則值直接追加到連續內存的後面。
若追加的值得數目大於切片的原容量，則申請一個新的底層數組，append返回更新的slice。
要注意，切片作爲參數在函數中傳遞本質是是值傳遞，特殊點是它的值中有一個指針
不改變值得方式，append追加不改變函數外面的值，PS:哪怕追加至更改內存

func appendarrNoChange(arr []int){
	arr = append(arr,2)
	fmt.Println(&arr[0])
}

func main() {
	arr:=make([]int,0,2)
	arr = append(arr,1)
	fmt.Println(arr)
    appendarrNoChange(arr)
	fmt.Println(arr)
	fmt.Println(&arr[0])
}

[1]
0xc0000601b0
[1]
0xc0000601b0

func appendarrNoChange(arr []int){
	arr = append(arr,2)
	arr = append(arr,3)
	fmt.Println(&arr[0])
}


func main() {
	arr:=make([]int,0,2)
	arr = append(arr,1)
	fmt.Println(arr)
    appendarrNoChange(arr)
	fmt.Println(arr)
	fmt.Println(&arr[0])
}

[1]
0xc00005e2a0
[1]
0xc0000601b0

若需要append在函數生效:

func appendarrChange(arr []int)[]int{
	arr = append(arr,2)
	fmt.Println(&arr[0])
	arr = append(arr,3)
	fmt.Println(&arr[0])
	return arr
}
func main() {
	arr:=make([]int,0,2)
	arr = append(arr,1)
	fmt.Println(arr)
	arr = appendarrChange(arr)
	fmt.Println(arr)
	fmt.Println(&arr[0])
}

可以用append()完畢後獲取到的新切片替代舊切片在函數外賦值

[1]
0xc00000a210
0xc00000e500
[1 2 3]
0xc00000e500

切片的初始化:

func makeslice(et *_type, len, cap int) unsafe.Pointer {
    //返回類型佔的字節數目*容量值=要開闢的內存字節數
	mem, overflow := math.MulUintptr(et.size, uintptr(cap))
	//比對乘法是否溢出，要申請的內存是否少於能提供的最大內存
	if overflow || mem > maxAlloc || len < 0 || len > cap {
		// NOTE: Produce a 'len out of range' error instead of a
		// 'cap out of range' error when someone does make([]T, bignumber).
		// 'cap out of range' is true too, but since the cap is only being
		// supplied implicitly, saying len is clearer.
		// See golang.org/issue/4085.
		mem, overflow := math.MulUintptr(et.size, uintptr(len))
		if overflow || mem > maxAlloc || len < 0 {
			panicmakeslicelen()
		}
		panicmakeslicecap()
	}
	//申請內存
	return mallocgc(mem, et, true)
}

關於malloc分配的策略（因爲本篇以slice爲主，關於內存分配的部分放到後面詳解，在此大致介紹）:
若對象很小(<32kb)，則從per-P緩存的空閒列表中分配空間(爲單個goroutine分配的線程空間，不存在併發，所以使用的時候不用加鎖，小對象分配在這上面運行效率會很高)
若對象大於32kb，則直接從堆中獲取內存。

append增加內存的規律：

func growslice(et *_type, old slice, cap int) slice {
	if raceenabled {
		callerpc := getcallerpc()
		racereadrangepc(old.array, uintptr(old.len*int(et.size)), callerpc, funcPC(growslice))
	}
	if msanenabled {
		msanread(old.array, uintptr(old.len*int(et.size)))
	}
	//禁止縮小容量
	if cap < old.cap {
		panic(errorString("growslice: cap out of range"))
	}
	//類型爲空指針則默認不保存原切片所有內容，但是保留長度，並以新的cap獲取新內存(不知道什麼時候會出現若有知曉的還望指教)
	if et.size == 0 {
		// append should not create a slice with nil pointer but non-zero len.
		// We assume that append doesn't need to preserve old.array in this case.
		return slice{unsafe.Pointer(&zerobase), old.len, cap}
	}
    
	newcap := old.cap
	doublecap := newcap + newcap
	//若新申請的cap大於舊的二倍，則取新的，否則取舊的
	if cap > doublecap {
		newcap = cap
	} else {
	  //若舊的長度小於1024，則乘以兩倍，否則增加1.25倍
		if old.len < 1024 {
			newcap = doublecap
		} else {
			// Check 0 < newcap to detect overflow
			// and prevent an infinite loop.
			for 0 < newcap && newcap < cap {
				newcap += newcap / 4
			}
			// Set newcap to the requested cap when
			// the newcap calculation overflowed.
			if newcap <= 0 {
				newcap = cap
			}
		}
	}

	var overflow bool
	var lenmem, newlenmem, capmem uintptr
	// 根據不同單位值採取不同的計算方式
	switch {
	case et.size == 1:
	//若是1，則不需要做乘法
		lenmem = uintptr(old.len)
		newlenmem = uintptr(cap)
		capmem = roundupsize(uintptr(newcap))
		overflow = uintptr(newcap) > maxAlloc
		newcap = int(capmem)
	case et.size == sys.PtrSize:
		lenmem = uintptr(old.len) * sys.PtrSize
		newlenmem = uintptr(cap) * sys.PtrSize
		capmem = roundupsize(uintptr(newcap) * sys.PtrSize)
		overflow = uintptr(newcap) > maxAlloc/sys.PtrSize
		newcap = int(capmem / sys.PtrSize)
	case isPowerOfTwo(et.size):
		var shift uintptr
		if sys.PtrSize == 8 {
			// Mask shift for better code generation.
			shift = uintptr(sys.Ctz64(uint64(et.size))) & 63
		} else {
			shift = uintptr(sys.Ctz32(uint32(et.size))) & 31
		}
		lenmem = uintptr(old.len) << shift
		newlenmem = uintptr(cap) << shift
		capmem = roundupsize(uintptr(newcap) << shift)
		overflow = uintptr(newcap) > (maxAlloc >> shift)
		newcap = int(capmem >> shift)
	default:
		lenmem = uintptr(old.len) * et.size
		newlenmem = uintptr(cap) * et.size
		capmem, overflow = math.MulUintptr(et.size, uintptr(newcap))
		capmem = roundupsize(capmem)
		newcap = int(capmem / et.size)
	}

	// The check of overflow in addition to capmem > maxAlloc is needed
	// to prevent an overflow which can be used to trigger a segfault
	// on 32bit architectures with this example program:
	//
	// type T [1<<27 + 1]int64
	//
	// var d T
	// var s []T
	//
	// func main() {
	//   s = append(s, d, d, d, d)
	//   print(len(s), "\n")
	// }
	if overflow || capmem > maxAlloc {
		panic(errorString("growslice: cap out of range"))
	}

	var p unsafe.Pointer
	if et.kind&kindNoPointers != 0 {
		p = mallocgc(capmem, nil, false)
		// The append() that calls growslice is going to overwrite from old.len to cap (which will be the new length).
		// Only clear the part that will not be overwritten.
		memclrNoHeapPointers(add(p, newlenmem), capmem-newlenmem)
	} else {
		// Note: can't use rawmem (which avoids zeroing of memory), because then GC can scan uninitialized memory.
		p = mallocgc(capmem, et, true)
		if writeBarrier.enabled {
			// Only shade the pointers in old.array since we know the destination slice p
			// only contains nil pointers because it has been cleared during alloc.
			bulkBarrierPreWriteSrcOnly(uintptr(p), uintptr(old.array), lenmem)
		}
	}
	memmove(p, old.array, lenmem)

	return slice{p, old.len, newcap}
}

函數append會智能地處理底層數組的容量增長。在切片的容量小於1024個元素時，總是會成倍地增加容量，一旦元素個數超過1000，容量的增長因子會設爲1.25，每次增長25%，實驗如下。

func main() {
	arr:=make([]int,0,2)
	s:=cap(arr)
	for i:=0;i<2000;i++{
		arr = append(arr,i)
		t:=cap(arr)
		if t>s{
			s = t
			fmt.Println(t)
		}
	}
}
內容：
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