聊聊內(nèi)存中的Slice操作
本文主要關(guān)注 slice 的相關(guān)操作：
- 元素賦值(修改)
- make
- copy
- make and copy
- 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(guò)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(jiǎn)單，直接通過(guò)偏移量定位元素內(nèi)存并賦值，對(duì)應(yīng)一條機(jī)器指令：
如果如下元素索引超過(guò)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(méi)有終止編譯過(guò)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(duì)這個(gè)問(wèn)題暫時(shí)沒(méi)有找到合理的答案，只能猜測(cè)這是編譯器為了應(yīng)對(duì)各種代碼場(chǎng)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(duì)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(jiǎn)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(wú)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(guò)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(méi)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(duì)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(shuō)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(duì)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(duì)象拷貝到[]byte對(duì)象中;因?yàn)樽址?lèi)型還沒(méi)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(duì)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(duì)已經(jīng)滿(mǎn)的 slice 進(jìn)行 append 操作。
編譯之后，對(duì)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(duì)已經(jīng)滿(mǎn)的 slice 進(jìn)行 append 操作時(shí)，將觸發(fā)底層數(shù)組的長(zhǎng)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(mǎn)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，
- 原 slice 的容量是10，調(diào)用runtime.growslice函數(shù)之后，容量變?yōu)?0。
- slice元素是 int 類(lèi)型(element_type_pointer)，關(guān)于該類(lèi)型的分析可以閱讀內(nèi)存中的整數(shù) 。
通過(guò)以上學(xué)習(xí)研究，對(duì)slice的各種操作有了本質(zhì)上的了解，相信用起來(lái)更加得心應(yīng)手。
本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)「Golang In Memory」
