slice 实现原理

slice 中文多译为切片，是 Go 语言在数组之上的一个重要抽象数据类型。切片是一个引用类型，它的内部结构包含地址、大小和容量。 对于大多数使用数组的场合，切片都可以实现了完美替代。

什么是切片

在此之前，先简单了解一下 Go 语言中的数组。Go 语言中的数组是一个容纳同构类型元素的序列。数组的长度是固定的，不能动态增长。

Go 数组是值语义，这意味着一个数组变量表示的是整个数组。而在 Go 语言中传递数组是纯粹的值拷贝。如果要在函数中传递数组，可以传递数组的指针。 但这是 C 语言的惯用法，在 Go 语言中，更地道的方式是使用切片。

切片之于数组就像是文件描述符之于文件。我们可以称切片是数组的“描述符”

切片在 Go 运行时（runtime）层面的内部表示：

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

切片的内部结构包含了指向底层数组的指针、切片的长度和切片的容量。切片的容量是从切片的开始位置到底层数组的结束位置的数量。

当切片作为函数参数传递给函数时，实际传递的是切片的内部表示，而不是切片的副本。因此在函数中对切片的修改，将会影响到函数外部的切片。 另外，切片作为参数传递带来的性能损耗也是微乎其微的。所以在函数中多使用切片而不是数组。另外一个原因是切片可以提供比指针更为强大的功能， 比如下标访问，边界溢出校验，动态扩容等等。

动态扩容

切片的容量是从切片的开始位置到底层数组的结束位置的数量。切片的长度是切片开始位置到结束位置的数量。切片的长度和容量可以通过内置的 len() 和 cap() 函数获取。

另外，切片类型是满足零值可用的，即便没有初始化，也可以使用。此时切片的长度为 0，容量也为 0，底层数组指针为 nil。

为了方便查看切片是如何动态扩容的，我们每次打印 append 操作后的切片的长度和容量。

var s []int
s = append(s, 1)
println(len(s), cap(s)) // 1 1
s = append(s, 2)
println(len(s), cap(s)) // 2 2
s = append(s, 3)
println(len(s), cap(s)) // 3 4
s = append(s, 4)
println(len(s), cap(s)) // 4 4
s = append(s, 5)
println(len(s), cap(s)) // 5 8

我们可以看到 append 会根据切片的需要，在当前底层数组容量不够的情况下，动态分配新的数组，新数组长度会按照一定的算法扩展(参见$GOROOT/src/runtime/slice.go中的growslice函数)。 新数组建立后，将原有的元素和新元素一起拷贝到新数组中，之后新数组便成为切片的底层数组。旧数组后续会被垃圾回收掉。

如果我们通过语法 u[low: high] 形式进行数组切片化而创建的切片，那么新切片的容量是 u 的容量减去 low 之后的长度。如果切片容量触碰到数组的上界，再对切片进行 append 操作，切片就会和原数组进行解除绑定。

尽量使用 cap

在使用 make 函数创建切片时，可以通过指定 cap 参数来指定切片的容量。如果我们知道切片的容量，那么在切片进行动态扩容时，就可以避免多次扩容带来的性能损耗。

s := make([]T, len, cap)