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Go语言中的Slice扩缩容机制和原地操作详解

当你在使用Go语言处理一系列动态数据时，理解Slice（切片）的底层工作原理是极为重要的。我们来深入探讨Slice的两个关键特性：自动扩容和原地与非原地操作。

下面，我们将一步步分解和理解这些概念。

自动扩容（而非缩容）

在Go语言中，Slice自动扩容的设计旨在平衡内存使用和系统性能。让我们通过下表了解下扩容的系数：

初始容量	扩展系数
256	2.0
512	1.63
1024	1.44
2048	1.35
4096	1.30

注意以下几点细节：

若Slice容量不足256，添加元素将会导致容量翻倍。这是为了减少内存重新分配次数。
当容量在256至1024之间时，扩容的幅度会减小，以降低内存浪费。
超过1024后，扩容比例会更大，以减少大容量Slice重分配次数，从而提高性能。

这样的设计思路有助于有效管理内存，避免不必要的资源浪费。

Go slice只会自动扩容不会自动缩容。

原地与非原地操作

原地算法（in-place）是一种在有限的内存空间内进行数据变换的方法，它不需要额外的数据结构，但允许使用少量的辅助变量。与之相对，非原地操作需要分配额外内存。

Slice中的原地操作包括：

索引操作 (如：s[0] = 1)
获取子切片 (如：s1 := s[:1])
在容量允许的范围内的append操作

非原地操作主要有：

需要容量扩展的append操作
copy操作

操作示例

索引指的是直接访问和修改Slice的元素，示例如下：

s := make([]int, 5)
s[0] = 1 // 原地操作

子切片创建：

s1 := s[:1] // 原地操作，s1现在是s的一个引用

`append`操作（条件为容量充足）：

s = append(s, 1, 2, 3, 4, 5) // 原地操作，直至容量不足前

确认操作是否为原地，可查看汇编代码：

// 汇编代码摘录

非原地操作案例

当Slice的容量不够时，append会导致扩容，如：

s := make([]int, 5)
s = append(s, 1, 2, 3, 4, 5) // 非原地操作，扩容

同样，copy操作也是非原地操作：

scopy := make([]int, 10)
copy(s, scopy) // 非原地操作，深拷贝

切片源码解读

GoLang的源码为我们提供了makeslice和growslice函数。为了聚焦于核心内容，这里仅展示关键部分：

创建Slice：

func makeslice(et *_type, len, cap int) unsafe.Pointer {
    // 计算所需内存并进行分配
}

自动扩容：

func growslice(oldPtr unsafe.Pointer, newLen, oldCap, num int, et *_type) slice {
    // 根据扩容规则计算新容量
    // 分配元素内存
}

注意

子切片引用原Slice，注意不要造成内存泄漏。
避免无意义的Slice扩容，考虑预分配足够容量。
如果大Slice只用到一小部分，复制到新的小Slice以释放内存。
警惕Slice循环引用导致的内存问题。

参考

go slice源码
逐步学习Go-Slice（切片)还可以多挖一下）