切片長度與容量在 Go 中很常見。切片長度是切片中可用元素的數(shù)量，而切片容量是從切片中第一個(gè)元素開始計(jì)算的底層數(shù)組中的元素?cái)?shù)量。

Go 中的開發(fā)者經(jīng)常混淆切片長度和容量，或者對它們不夠了解。理解這兩個(gè)概念對于高效處理切片的核心操作，比如切片的初始化、使用 append 添加元素、復(fù)制或切片操作等，至關(guān)重要。對這些概念的誤解可能導(dǎo)致切片的不合理使用，甚至造成內(nèi)存泄漏。

在 Go 中，切片是由數(shù)組支持的。這意味著切片的數(shù)據(jù)以連續(xù)的方式存儲(chǔ)在數(shù)組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。切片還負(fù)責(zé)在底層數(shù)組已滿時(shí)添加元素，或在幾乎為空時(shí)縮減底層數(shù)組。

在內(nèi)部，切片包含指向底層數(shù)組的指針，以及長度和容量。長度表示切片包含的元素?cái)?shù)量，而容量表示底層數(shù)組中的元素?cái)?shù)量，從切片中的第一個(gè)元素開始計(jì)算。讓我們通過一些示例來更清楚地了解這些概念。首先，讓我們使用給定的長度和容量初始化一個(gè)切片：

s := make([]int, 3, 6) // Three-length, six-capacity slice

第一個(gè)參數(shù)，表示長度，是必須的。但是，第二個(gè)參數(shù)表示容量是可選的。圖1展示了此代碼在內(nèi)存中的結(jié)果。

Figure 1 — 一個(gè)長度為3、容量為6的切片

在這種情況下，make 創(chuàng)建了一個(gè)包含六個(gè)元素的數(shù)組（容量）。但由于長度設(shè)置為3，Go 只初始化了前三個(gè)元素。另外，因?yàn)榍衅?nbsp;[]int 類型，所以前三個(gè)元素被初始化為 int 類型的零值：0。灰色元素已經(jīng)分配但尚未使用。

如果我們打印這個(gè)切片，會(huì)得到長度范圍內(nèi)的元素 [0 0 0]。如果我們將 s[1] 設(shè)為1，切片的第二個(gè)元素會(huì)更新，但不會(huì)影響其長度或容量。圖2說明了這一點(diǎn)。

圖2 — 更新切片的第二個(gè)元素：s[1] = 1

然而，訪問超出長度范圍之外的元素是被禁止的，即使它在內(nèi)存中已經(jīng)分配。例如，s[4] = 0 會(huì)導(dǎo)致以下 panic：

panic: runtime error: index out of range [4] with length 3

我們?nèi)绾问褂们衅Ｓ嗟目臻g呢？通過使用內(nèi)置函數(shù) append：

s = append(s, 2)

這段代碼向現(xiàn)有的 s 切片追加了一個(gè)新元素。它使用了第一個(gè)灰色元素（已分配但尚未使用）來存儲(chǔ)元素2，正如圖3所示。

圖3 — 向 s 切片追加一個(gè)元素

切片的長度從3更新為4，因?yàn)楝F(xiàn)在切片包含了四個(gè)元素。現(xiàn)在，如果我們再添加三個(gè)元素以至于后臺(tái)數(shù)組不夠大，會(huì)發(fā)生什么？

s = append(s, 3, 4, 5)
fmt.Println(s)

如果我們運(yùn)行這段代碼，會(huì)看到切片能夠滿足我們的請求：

[0 1 0 2 3 4 5]

因?yàn)閿?shù)組是一個(gè)固定大小的結(jié)構(gòu)，在第4個(gè)元素之前，它能夠存儲(chǔ)新的元素。當(dāng)我們想要插入第5個(gè)元素時(shí)，數(shù)組已經(jīng)滿了：Go 內(nèi)部會(huì)創(chuàng)建另一個(gè)數(shù)組，將所有元素復(fù)制過去，然后再插入第5個(gè)元素。圖4展示了這個(gè)過程。

圖4 — 因?yàn)槌跏嫉暮笈_(tái)數(shù)組已滿，Go 創(chuàng)建了另一個(gè)數(shù)組并復(fù)制了所有元素。

現(xiàn)在切片引用了新的后臺(tái)數(shù)組。之前的后臺(tái)數(shù)組會(huì)怎樣呢？如果它不再被引用，它最終會(huì)被垃圾收集器（GC）釋放，如果它是在堆上分配的話（我們在錯(cuò)誤＃95 “不理解堆棧與堆的區(qū)別”中討論了堆內(nèi)存，并在錯(cuò)誤＃99 “不理解GC的工作原理”中討論了GC的工作原理）。

對切片進(jìn)行切片操作會(huì)發(fā)生什么？切片是對數(shù)組或切片進(jìn)行的操作，提供了一個(gè)左閉右開的范圍；第一個(gè)索引是包括的，而第二個(gè)索引是排除的。以下示例展示了影響，并在圖5中顯示了內(nèi)存中的結(jié)果：

s1 := make([]int, 3, 6) // Three-length, six-capacity slice
s2 := s1[1:3] // Slicing from indices 1 to 3

圖5 — 切片 s1 和 s2 引用相同的后臺(tái)數(shù)組，但長度和容量不同

首先，s1 是一個(gè)長度為3、容量為6的切片。當(dāng)通過對 s1 進(jìn)行切片創(chuàng)建 s2 時(shí)，兩個(gè)切片都引用同一個(gè)后臺(tái)數(shù)組。但是，s2 從不同的索引開始，即索引1。因此，它的長度和容量（長度為2，容量為5）與 s1 不同。如果我們更新 s1[1] 或 s2[0]，則更改會(huì)作用于同一個(gè)數(shù)組，因此在兩個(gè)切片中都是可見的，如圖6所示。

圖6 — 因?yàn)?s1 和 s2 共享同一個(gè)數(shù)組，更新共同的元素會(huì)使兩個(gè)切片中的更改都可見

現(xiàn)在，如果我們向 s2 添加一個(gè)元素會(huì)發(fā)生什么？以下代碼會(huì)同時(shí)改變 s1 嗎？

s2 = append(s2, 2)

共享的后臺(tái)數(shù)組被修改，但只有 s2 的長度發(fā)生了變化。圖7展示了向 s2 添加元素的結(jié)果。

圖7 — 向 s2 添加元素

s1 仍然是一個(gè)長度為3、容量為6的切片。因此，如果我們打印 s1 和 s2，添加的元素只會(huì)在 s2 中可見：

s1=[0 1 0], s2=[1 0 2]

很重要理解這種行為，這樣我們在使用 append 時(shí)就不會(huì)形成錯(cuò)誤的假設(shè)。

注意: 在這些示例中，后臺(tái)數(shù)組是內(nèi)部的，不直接對 Go 開發(fā)者可見。唯一的例外是從現(xiàn)有數(shù)組切片創(chuàng)建切片。

還有最后一件事需要注意：如果我們不斷向 s2 中添加元素，直到后臺(tái)數(shù)組滿為止，內(nèi)存狀態(tài)會(huì)是怎樣的？讓我們再添加三個(gè)元素，以便后臺(tái)數(shù)組沒有足夠的容量：

s2 = append(s2, 3)
s2 = append(s2, 4) // At this stage, the backing is already full
s2 = append(s2, 5)

這段代碼導(dǎo)致創(chuàng)建了另一個(gè)后臺(tái)數(shù)組。圖 8 展示了內(nèi)存中的結(jié)果。

圖 8 — 向 s2 添加元素直到后臺(tái)數(shù)組已滿

s1 和 s2 現(xiàn)在引用兩個(gè)不同的數(shù)組。由于 s1 仍然是一個(gè)三長度、六容量的切片，它仍然有一些可用緩沖區(qū)，因此它繼續(xù)引用最初的數(shù)組。而且，新的后臺(tái)數(shù)組是通過從 s2 的第一個(gè)索引復(fù)制初始數(shù)組而生成的。這就是為什么新數(shù)組從元素 1 開始，而不是 0。

結(jié)論

總結(jié)一下，切片長度 是切片中可用元素的數(shù)量，而 切片容量 是后臺(tái)數(shù)組中的元素?cái)?shù)量。向一個(gè)已滿的切片（長度 == 容量）添加元素會(huì)導(dǎo)致創(chuàng)建一個(gè)新的后臺(tái)數(shù)組，將之前數(shù)組中的所有元素復(fù)制到新數(shù)組中，并更新切片指向新數(shù)組。