Go 语言中数组、字符串和切片，在底层原始数据有着相同的内存结构，在上层，因为语法的限制而有着不同的行为表现。

首先，Go 语言的数组是一种值类型，虽然数组的元素可以被修改，但是数组本身的赋值和函数传参都是以整体复制的方式处理的。

Go 语言字符串底层数据也是对应的字节数组，但是字符串的只读属性禁止了在程序中对底层字节数组的元素的修改。字符串赋值只是复制了数据地址和对应的长度，而不会导致底层数据的复制。

切片的结构和字符串结构类似，但是解除了只读限制。切片的底层数据虽然也是对应数据类型的数组，但是每个切片还有独立的长度和容量信息，切片赋值和函数传参数时也是将切片头信息部分按传值方式处理。因为切片头含有底层数据的指针，所以它的赋值也不会导致底层数据的复制。

数组

数组是一个由固定长度的特定类型元素组成的连续内存序列

golang-array-memory

Go 语言数组在初始化之后大小就无法改变，存储元素类型相同、但是大小不同的数组类型在 Go 语言看来也是完全不同的，只有两个条件都相同才是同一类型。

Go 语言中数组是值语义。一个数组变量即表示整个数组，它并不是隐式的指向第一个元素的指针（比如 C 语言的数组），而是一个完整的值。当一个数组变量被赋值或者被传递的时候，实际上会复制整个数组。如果数组较大的话，数组的赋值也会有较大的开销。为了避免复制数组带来的开销，可以传递一个指向数组的指针，但是数组指针并不是数组。

在不考虑逃逸分析的情况下，对于一个由字面量组成的数组，根据数组元素数量的不同，编译器会在负责初始化字面量的 cmd/compile/internal/gc.anylit 函数中做两种不同的优化：

  1. 当元素数量小于或者等于 4 个时，会直接将数组中的元素放置在栈上；
  2. 当元素数量大于 4 个时，会将数组中的元素放置到静态区并在运行时取出；

切片

切片引入了一个抽象层，提供了对数组中部分连续片段的引用，而作为数组的引用，我们可以在运行区间可以修改它的长度和范围。当切片底层的数组长度不足时就会触发扩容，切片指向的数组可能会发生变化，不过在上层看来切片是没有变化的，上层只需要与切片打交道不需要关心数组的变化。

切片的结构定义`：

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type SliceHeader struct {
    Data uintptr
    Len  int
    Cap  int
}

golang-slice-struct

初始化

当切片发生逃逸或者非常大时，运行时需要 runtime.makeslice 在堆上初始化切片，如果当前的切片不会发生逃逸并且切片非常小的时候，在编译阶段，编译器会在栈上或者静态存储区创建数组，并通过下标 得到数组对应的切片。

切片扩容

在分配内存空间之前需要先确定新的切片容量，运行时根据切片的当前容量选择不同的策略进行扩容：

  1. 如果期望容量大于当前容量的两倍就会使用期望容量；
  2. 如果当前切片的长度小于 1024 就会将容量翻倍；
  3. 如果当前切片的长度大于 1024 就会每次增加 25% 的容量，直到新容量大于期望容量；
  4. 最后还有内存对齐的操作。扩容后的容量 >= 原容量的 2 倍或 1.25 倍

多个切片可能共享同一个底层数组，这种情况下，对其中一个切片或者底层数组的更改，会影响到其他切片

字符串

Go 语言中的字符串只是一个只读的字节数组 默认类型采用 UTF8 编码的 Unicode 码点（rune）

字符串会分配到只读的内存空间，所以想要修改 string 类型变量的内存空间，可以通过在 string 和 []byte 类型之间反复转换实现。

in-memory-string

字符串在 Go 语言中的接口其实非常简单，每一个字符串在运行时都会使用如下的 reflect.StringHeader 表示，其中包含指向字节数组的指针和数组的大小：

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type StringHeader struct {
	Data uintptr
	Len  int
}

字符串拼接和字符串和字节数组的转换 都会造成内存拷贝 要注意性能的损耗

总结

  • Go 语言的赋值和函数传参规则很简单，除了闭包函数以引用的方式对外部变量访问之外，其它赋值和函数传参数都是以传值的方式处理。
  • 切片操作并不会复制底层的数据。底层的数组会被保存在内存中，直到它不再被引用。但是有时候可能会因为一个小的内存引用而导致底层整个数组处于被使用的状态，这会延迟自动内存回收器对底层数组的回收
  • 切片的很多功能都是由运行时实现的，无论是初始化切片，还是对切片进行追加或扩容都需要运行时的支持，需要注意的是在遇到大切片扩容或者复制时可能会发生大规模的内存拷贝，一定要减少类似操作避免影响程序的性能