【Golang 面试题】每日 3 题（十二）

news2025/1/4 7:05:09

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34. Golang Slice 的扩容机制，有什么注意点？

Go 语言中的切片（Slice）具有动态扩容的能力。当切片容量不足以容纳更多元素时，就需要扩容。切片的扩容机制是在原切片容量的基础上扩容，一般是容量的 2 倍或者 1.25 倍，具体扩容的倍数由实现算法决定。以下是关于切片扩容的一些注意点：

切片扩容会重新分配一块连续的内存空间，因此需要将原切片中的元素复制到新的内存空间中，这个过程可能会比较耗时。
在使用 append() 函数向切片添加元素时，如果添加的元素个数超出了切片的容量，那么就会触发扩容操作。
切片扩容会导致原切片和新切片指向不同的内存空间，因此原切片的修改不会影响新切片的值。
切片扩容并不是每次添加元素都会触发，而是当切片容量不足以容纳更多元素时才会触发。
当切片容量小于 1024 时，扩容时新的容量会翻倍；当容量大于等于 1024 时，新的容量会增加原来容量的 1/4，也就是乘以 1.25。
由于切片底层是基于数组实现的，因此切片扩容时，如果原数组的容量不足以容纳新的元素，也会触发数组的重新分配和拷贝。

总之，切片的扩容机制需要注意性能和内存问题，特别是在大规模数据处理中，应该尽量减少切片扩容的次数。

35. 扩容前后的 Slice 是否相同？

在 Golang 中，扩容前后的 Slice 是不同的。在进行 Slice 扩容时，会创建一个新的底层数组，并将原来的元素拷贝到新的数组中。因此，扩容前后的 Slice 指向的底层数组是不同的。

原因

Golang 中的 Slice 是基于数组实现的，因此在创建 Slice 时，底层会创建一个数组来存储数据。当 Slice 中的元素个数超过底层数组的容量时，就需要进行扩容。而在 Golang 中，数组的大小是固定的，无法进行扩容，因此需要创建一个新的底层数组，并将原来的元素拷贝到新的数组中。这样就可以实现 Slice 的扩容了。由于扩容后底层数组的地址已经发生了变化，因此扩容前后的 Slice 底层数组是不同的，即扩容前后的 Slice 不再共享底层数组。

36. Go slice 的底层实现原理

切片是基于数组实现的，它的底层是数组，可以理解为对底层数组的抽象。
源码包中 src/runtime/slice.go 定义了 slice 的数据结构：

type slice struct {
    array unsafe.Pointer
    len   int
    cap   int
}
slice 占用 24 个字节：
- array: 指向底层数组的指针，占用 8 个字节。
- len: 切片的长度，占用 8 个字节。
- cap: 切片的容量，cap 总是大于等于 len 的，占用 8 个字节。
slice 有 4 种初始化方式：
// 初始化方式1：直接声明
var slice1 []int

// 初始化方式2：使用字面量
slice2 := []int{1, 2, 3, 4}

// 初始化方式3：使用make创建slice
slice3 := make([]int, 3, 5)         

// 初始化方式4: 从切片或数组“截取”
slcie4 := arr[1:3]

通过一个简单程序，看下 slice 初始化调用的底层函数。

package main

import "fmt"

func main() {
    slice := make([]int, 0)
    slice = append(slice, 1)
    fmt.Println(slice, len(slice), cap(slice))
}

通过 go tool compile -S test.go | grep CALL 得到汇编代码。

0x0042 00066 (test.go:6)        CALL    runtime.makeslice(SB)
0x006d 00109 (test.go:7)        CALL    runtime.growslice(SB)
0x00a4 00164 (test.go:8)        CALL    runtime.convTslice(SB)
0x00c0 00192 (test.go:8)        CALL    runtime.convT64(SB)
0x00d8 00216 (test.go:8)        CALL    runtime.convT64(SB)
0x0166 00358 ($GOROOT/src/fmt/print.go:274)     CALL    fmt.Fprintln(SB)
0x0180 00384 (test.go:5)        CALL    runtime.morestack_noctxt(SB)
0x0079 00121 (<autogenerated>:1)        CALL    runtime.efaceeq(SB)
0x00a0 00160 (<autogenerated>:1)        CALL    runtime.morestack_noctxt(SB)

初始化 slice 调用的是 runtime.makeslice，makeslice 函数的工作主要就是计算 slice 所需内存大小，然后调用 mallocgc 进行内存的分配。

所需内存大小 = 切片中元素大小 * 切片的容量

func makeslice(et *_type, len, cap int) unsafe.Pointer {
    mem, overflow := math.MulUintptr(et.size, uintptr(cap))
    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()
    }

    return mallocgc(mem, et, true)
}