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切片真的是引用类型嘛

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发布于: 2020 年 09 月 16 日
切片真的是引用类型嘛



来自公众号：新世界杂货铺

注: 以下仅代表个人看法， 如果和大部分文章内容不一致，还请酌情参考

灵魂三问

Q1. 引用和指针的区别是什么？

答： 其实他们的区别我也说不清楚， 但是他们都有一个共同点， 那就是他们能够指向真实的值， 操作他们会改变真实的值



Q2. 在go中有指针了我们为什么还要有提出引用的概念？



答：很明显这个问题我答不上来， 说实话我也只是看很多文章里面这么说， 我自己没有去认真研究过



Q3. go中真的有引用这个概念嘛？



答： 这个问题或许可以解答一下Q2. 但是我也不敢作出肯定的答复. 我抱着这个问题去官方文档搜索了一通，发现并没有搜索到“引用”相关的单词， 也没有找到引用变量的定义



灵魂三问引发的思考



灵魂三问中核心就是引用，那么这个时候我就开始思考了，在go中哪些是引用类型呢。众所周知， 大部分文章里面都会提到切片是引用类型， 我曾经也一直坚信切片就是引用类型， 但是直到我遇到了下面的代码， 我开始怀疑自己的认知了

a := make([]int64, 0)
a = append(a, 10)

上述代码在平时的开发中出现的频率非常高,那么我的疑问就是既然切片是引用类型，那么为什么append之后还必须要赋值给它本身呢。



append的分析

假如我们不赋值给它自己，会发生什么呢?

我们来看看下面的代码



a := make([]int64, 0, 0)
_ = append(a, 10)
fmt.Println(a)
fmt.Printf("address: %p\n", a)
// 输出:
[]
address: 0x1195a98

这个结果和切片是引用类型明显是不相符合的。这中间究竟发生了什么, 我们又应该怎么做呢？接下来我们让代码说话, 此时上述简单的代码已经没有更多的信息了， 那我们尝试看看编译生成的汇编代码， 希望能够从汇编中找到蛛丝马迹。



# go代码转汇编
go tool compile -N -l -S test.go

摘抄其中部分关键汇编代码如下:



0x002f 00047 (test.go:6)	PCDATA	$0, $1
0x002f 00047 (test.go:6)	PCDATA	$1, $0
0x002f 00047 (test.go:6)	LEAQ	type.int64(SB), AX
0x0036 00054 (test.go:6)	PCDATA	$0, $0
0x0036 00054 (test.go:6)	MOVQ	AX, (SP)
0x003a 00058 (test.go:6)	XORPS	X0, X0
0x003d 00061 (test.go:6)	MOVUPS	X0, 8(SP)
0x0042 00066 (test.go:6)	CALL	runtime.makeslice(SB)
0x0047 00071 (test.go:6)	PCDATA	$0, $1
0x0047 00071 (test.go:6)	MOVQ	24(SP), AX
0x004c 00076 (test.go:6)	PCDATA	$1, $1
0x004c 00076 (test.go:6)	MOVQ	AX, "".a+112(SP)
0x0051 00081 (test.go:6)	XORPS	X0, X0
0x0054 00084 (test.go:6)	MOVUPS	X0, "".a+120(SP)
0x0059 00089 (test.go:7)	JMP	91
0x005b 00091 (test.go:7)	PCDATA	$0, $2
0x005b 00091 (test.go:7)	LEAQ	type.int64(SB), CX
0x0062 00098 (test.go:7)	PCDATA	$0, $1
0x0062 00098 (test.go:7)	MOVQ	CX, (SP)
0x0066 00102 (test.go:7)	PCDATA	$0, $0
0x0066 00102 (test.go:7)	MOVQ	AX, 8(SP)
0x006b 00107 (test.go:7)	XORPS	X0, X0
0x006e 00110 (test.go:7)	MOVUPS	X0, 16(SP)
0x0073 00115 (test.go:7)	MOVQ	$1, 32(SP)
0x007c 00124 (test.go:7)	CALL	runtime.growslice(SB)
0x0081 00129 (test.go:7)	PCDATA	$0, $1
0x0081 00129 (test.go:7)	MOVQ	40(SP), AX
0x0086 00134 (test.go:7)	JMP	136
0x0088 00136 (test.go:7)	PCDATA	$0, $0
0x0088 00136 (test.go:7)	MOVQ	$10, (AX)

go的汇编是Plan9 的汇编。而我几乎是看不懂的，但幸运的是我发现了其中的部分关键词。

0x0042 00066 (test.go:6)	CALL	runtime.makeslice(SB)
0x007c 00124 (test.go:7)	CALL	runtime.growslice(SB)

(test.go:6) CALL runtime.makeslice(SB) 和a := make([]int64, 0), (test.go:7) CALL runtime.growslice(SB) 和_ = append(a, 10) 都能够对应起来。 最后，我在go源码的runtime包中的slice.go文件中发现了这两个函数, 并发现了下面这个结构体



// 其中array 为一个指向数组的地址
// len 表示当前数组的长度
// cap 表示当前数组的真实容量
type slice struct {
	array unsafe.Pointer
	len   int
	cap   int
}



其中调用append函数时， 汇编代码中也调用了runtime.growslice, growslice函数签名如下

func growslice(et *_type, old slice, cap int) slice

我们注意看下面的debug调用栈(debug runtime的小技巧后面有机会再介绍)：





由上图知， 在本列中,append在runtime层调用了growslice并返回了一个新的slice结构体, 而我没有将返回的变量赋值给原有变量a, 所以导致打印的结果为空。 到这里感觉问题已经基本有点头绪了， 因为返回的是一个结构体， 所以必须要进行赋值， 否则原结构体变量是不会发生改变的。



那么新的问题来了， 如果我们append之后不赋值给原先的切片, 原先的切片是不是就没有任何变化呢？



从最开始的代码输出结果来看， 原先的切片确实没有任何变化, 但真实结果还是让我们用代码来说话

// 长度取1, 是为了保证能够正常取到底层数组的地址
// 容量取2，是为了保证数组容量足够， 而不用对数组进行扩容导致地址发生变化
a := make([]int64, 1, 2)
_ = append(a, 10)
fmt.Println(a)
// 强制访问元素a[2]
baseAddr := unsafe.Pointer(&a[0])
offset := unsafe.Sizeof(a[0])
fmt.Println(*(*int64)(unsafe.Pointer(uintptr(baseAddr) + offset)))
// 输出:
[0]
10

通过上面的代码知道， append函数操作后，底层的数组实际已经发生了变化， 只是因为append后的结果未赋值给变量a, 所以结构体中的len未发生变化， 导致无法正确打印切片的内容



结论

  1. go中切片其实是一个runtime中的slice结构体

  2. append 操作slice底层的数组后， 改变了数组的长度或者容量， 所以需要重新赋值给原先的切片, 如果切片发生扩容原先的数组地址也要发生变化

  3. 根据以上我擅自得出结论: go中不存在引用的概念， 主要是指针， 所以go中也只有值传递



补充

slice 是一个包含 data、cap 和 len 的私有结构体



map 是一个指向 runtime.hmap 结构体的指针



chan 是一个指向 runtime.hchan 结构体的指针



Q1: runtime.makeslice返回一个unsafe.Pointer?

这个unsafe.Pointer即为切片中数组第一个元素的地址



Q2: 有些汇编代码append 没有调用runtime.growslice?

go编译器进行了部分优化， 如果切片的容量足够， 就不需要调用runtime.growslice, 容量不足就会调用runtime.growslice进行扩容， 具体扩容逻辑请参见runtime/slice.go



注: 写本文时， 笔者所用go版本为: go1.13.4



参考

https://draveness.me/golang/docs/part2-foundation/ch05-keyword/golang-make-and-new/

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发布于: 2020 年 09 月 16 日阅读数: 49

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