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浅谈Go数组比切片好在哪

2024-04-02 19:04:59 387人浏览安东尼

摘要

目录数组是什么切片是什么数组的优势可比较编译安全长度是类型规划内存布局访问速度总结参考前段时间有播放一条快讯，就是 Go1.17 会正式支持切片（Slice）转换到数据（Array）

数组是什么

Go 语言中有一种基本数据类型，叫数组。其格式为：[n]T。是一个包含 N 个类型 T 的值的数组。

基本声明格式为：


var a [10]int

代表的是声明了一个变量 a 是一个包含 10 个整数的数组。数组的长度是其类型的一部分，所以数组不能被随意调整大小。

在使用例子上：


func main() {
 var a [2]string
 a[0] = "脑子进"
 a[1] = "煎鱼了"
 fmt.Println(a[0], a[1])
 fmt.Println(a)

 primes := [6]int{2, 3, 5, 7, 11, 13}
 fmt.Println(primes)
}

输出结果：

脑子进煎鱼了
[脑子进煎鱼了]
[2 3 5 7 11 13]

在赋值和访问上，数组可以针对不同的索引，进行单独操作。在内存布局上，数组的索引 0 和 1...是会在相邻区域，可直接访问。

切片是什么

为什么数组在业务代码似乎用的很少。因为 Go 语言有一个切片的数据类型：

基本声明格式为：


var a []T

代表的是变量 a 是带有类型元素的切片T。通过指定两个索引（下限和上限）并用冒号隔开来形成切片：


a[low : high]

在使用例子上：


func main() {
 primes := [3]string{"煎鱼", "搞", "Go"}

 var s []string = primes[1:3]
 fmt.Println(s)
}

输出结果：

[搞 Go]

切片支持动态的扩缩容，不需要用户侧去关注，非常便利。更重要的一点是，切片的底层数据结构中本身就包含了数组：


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

也就很多人笑称：在 Go 语言中数组已经可以下岗了，用切片就完事了...

你怎么看待这个说法的呢，快速思考你心中的答案。

数组的优势

在风尘仆仆介绍完数组和切片的基本场景后，在数组的优势方面，先了解一下官方的自述：

Arrays are useful when planning the detailed layout of memory and sometimes can help avoid allocation, but primarily they are a building block for slices.

非常粗暴间接：在规划内存的详细布局时，数组是很有用的，有时可以帮助避免分配，但主要是它们是分片的构建块。

我们再进一步解读，看看官方这股 “密文” 具体指的是什么，我们将该密文解读为以下内容进行讲解：

可比较。
编译安全。
长度是类型。
规划内存布局。
访问速度。

可比较

数组是固定长度的，它们之间是可以进行比较的，数组是值对象（不是引用或指针类型），你不会遇到 interface 等比较的误判：


func main() {
 a1 := [3]string{"脑子", "进", "煎鱼了"}
 a2 := [3]string{"煎鱼", "进", "脑子了"}
 a3 := [3]string{"脑子", "进", "煎鱼了"}

 fmt.Println(a1 == a2, a1 == a3)
}

输出结果：

false true

另一方面，切片不可以直接比较，也不能用于判断：


func main() {
 a1 := []string{"脑子", "进", "煎鱼了"}
 a2 := []string{"煎鱼", "进", "脑子了"}
 a3 := []string{"脑子", "进", "煎鱼了"}

 fmt.Println(a1 == a2, a1 == a3)
}

输出结果：

# command-line-arguments
./main.go:10:17: invalid operation: a1 == a2 (slice can only be compared to nil)
./main.go:10:27: invalid operation: a1 == a3 (slice can only be compared to nil)

同时数组可以作为 map 的 k（键），而切片不行，切片并没有实现平等运算符（equality operator），需要考虑的问题有非常多，例如：

涉及浅层与深层比较。
指针与值比较。
如何处理递归类型。

平等是为结构体和数组定义的，所以这类类型可以作为 map 键使用。切片没有平等的定义，有着非常根本的差距。

数组的可比较和平等，切片做不到。

编译安全

数组可以提供更高的编译时安全，可以在编译时检查索引范围。如下：


s := make([]int, 3)
s[3] = 3 // "Only" a runtime panic: runtime error: index out of range

a := [3]int{}
a[3] = 3 // Compile-time error: invalid array index 3 (out of bounds for 3-element array)

这个编译检查的帮助虽 “小”，但其实非常有意义。我是日常看到各大切片越界的告警，感觉都能背下来了...

万一这个越界是在 hot path 上，影响大量用户，分分钟背个事故，再来个 3.25，岂不梦中惊醒？

数组的编译安全，切片做不到。

长度是类型

数组的长度是数组类型声明的一部分，因此长度不同的数组是不同的类型，两个就不是一个 “东西”。

当然，这是一把双刃剑。其优势在于：可用于显式指定所需数组的长度。

例如：你在业务代码中想编写一个使用 IPv4 地址的函数。可以声明 type [4]byte。使用数组有以下意识：

有了编译时的保证，也就是达到传递给你的函数的值将恰好具有4个字节，不多也不少的效果。
如果长度不对，也就可以认为是无效的 IPv4 地址，非常方便。

同时数组的长度，也可以用做记录目的：

MD5 类型，在 crypto/md5包中，md5.Sum 方法返回类型为的值，[Size]byte 其中 md5.Size 一个常量为16：MD5 校验和的长度。
IPv4 类型，所声明的 [4]byte 正确记录了有 4 个字节。
RGB 类型，所声明的 [3]byte 告诉有对每个颜色成分 1 个字节。

在特定业务场景上，使用数组更好。

规划内存布局

数组可以更好地控制内存布局，因为不能直接在带有切片的结构中分配空间，所以可以使用数组来解决。

例如：


type Foo struct {
    buf [64]byte
}

不知道你是否有在一些 Go 图形库上见过这种不明所以的操作，例子如下：


type TGIHeader struct {
    _        uint16 // Reserved
    _        uint16 // Reserved
    Width    uint32
    Height   uint32
    _        [15]uint32 // 15 "don't care" dWords
    SaveTime int64
}

因为业务需求，我们需要实现一个格式，其中格式是 "TGI"（理论上的Go Image），头包含这样的字段：

有 2 个保留字（每个16位）。
有 1 个字的图像宽度。
有 1 个字的图像高度。
有 15 个业务 "不在乎 "的字节。
有 1 个保存时间，图像的保存时间为8字节，是自1970年1月1日UTC以来的纳秒数。

这么一看，也就不难理解数组的在这个场景下的优势了。定长，可控的内存，在计划内存布局时非常有用。

访问速度

使用数组时，其访问（单个）数组元素比访问切片元素更高效，时间复杂度是 O（1）。例如：


 var a [2]string
 a[0] = "脑子进"
 a[1] = "煎鱼了"
 fmt.Println(a[0], a[1])

切片就没那么方便了，访问某个位置上的索引值，需要：


 var a []int{0, 1, 2, 3, 4, 5}  
  number := numbers[1:3]

相对复杂些的，删除指定索引位上的值，可能还有小伙伴纠结半天，甚至在找第三方开源库想快速实现。

无论在访问速度和开发效率上，数组都占一定的优势，这是切片所无法直接对比的。

总结

经过一轮的探讨，我们对 Go 语言的数组有了更深入的理解。总结如下：

数组是值对象，可以进行比较，可以将数组用作 map 的映射键。而这些，切片都不可以，不能比较，无法作为 map 的映射键。
数组有编译安全的检查，可以在早起就避免越界行为。切片是在运行时会出现越界的 panic，阶段不同。
数组可以更好地控制内存布局，若拿切片替换，会发现不能直接在带有切片的结构中分配空间，数组可以。
数组在访问单个元素时，性能比切片好。
数组的长度，是类型的一部分。在特定场景下具有一定的意义。
数组是切片的基础，每个数组都可以是一个切片，但并非每个切片都可以是一个数组。如果值是固定大小，可以通过使用数组来获得较小的性能提升（至少节省 slice 头占用的空间）。