Go 语法糖 for range 中的 copy 问题

2024-03-22
江苏
本文字数：2087 字
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Go 的赋值、参数传递都是值传递，也就是说你得到的是一份 copy，对于如下的 for range 循环：

var someslice = []int{0,1}for i, v := range someslice {    // do something}

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短变量v是someslice中的元素的 copy，在 Go 1.22 以前v只会创建一次，每次循环会复用这一变量，从 1.22 起每次循环会创建新的变量。

现在的问题是： range 后的someslice还是原来的someslice吗？会不会也是一个 copy 呢？

你能猜出下面一段代码的打印结果吗？

fib := []int{0, 1}for i, f1 := range fib {  f2 := fib[i+1]  fib = append(fib, f1+f2)  if f1+f2 > 100 {    break  }}fmt.Println(fib)

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结果是：[0 1 1 2]，是不是不像推想的那样fib中的元素会超过 100？但如果分别在 for 循环的前、中、后打印一下fib的地址，你会发现地址没有变（在这个例子中底层数组是会变得，你可以使用fmt.Printf("fib1:%p\n", fib)来验证，对切片使用%p打印会打印第 0 个元素的地址）。

fib := []int{0, 1}fmt.Printf("fib outer:%p\n", &fib)for i, f1 := range fib {    fmt.Printf("fib inner:%p, f1:%p\n", &fib, &f1)    f1, f2 := fib[i], fib[i+1]    fib = append(fib, f1+f2)    if f1+f2 > 100 {        break    }}fmt.Printf("fib outer:%p\n", &fib)fmt.Println(fib)
//打印结果fib outer:0xc00011c000fib inner:0xc00011c000, f1:0xc000110030fib inner:0xc00011c000, f1:0xc000110038fib outer:0xc00011c000[0 1 1 2]

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这是不是说明 range 就是在遍历原fib本身呢？如果是遍历原fib，又为什么这里只循环了 2 次呢？

让我们看看spec中的说明：

The range expression x is evaluated once before beginning the loop, with one exception: if at most one iteration variable is present and len(x) is constant, the range expression is not evaluated.

这里的意思是：在进入循环之前，range 表达式只会计算一次！但这个evaluate具体指何意，spec 没有解答，看来只能在编译器源码中寻找答案了，我是没有大海捞针的精力了，不过已经有人替我们做了，美中不足的是参考的 gcc 的代码，不过想来都遵循语言规约的话，行为方式总是大差不差的，来看看 gcc 的 Go 编译器源码中 range 子句的注释：

// Arrange to do a loop appropriate for the type.  We will produce//   for INIT ; COND ; POST {//           ITER_INIT//           INDEX = INDEX_TEMP//           VALUE = VALUE_TEMP // If there is a value//           original statements//   }

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可见 range 循环仅仅是 C-style 循环的语法糖，所以当你 range 一个 array 时：

// The loop we generate://   len_temp := len(range)//   range_temp := range//   for index_temp = 0; index_temp < len_temp; index_temp++ {//           value_temp = range_temp[index_temp]//           index = index_temp//           value = value_temp//           original body//   }

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range slice 时：

//   for_temp := range//   len_temp := len(for_temp)//   for index_temp = 0; index_temp < len_temp; index_temp++ {//           value_temp = for_temp[index_temp]//           index = index_temp//           value = value_temp//           original body//   }

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我们可以从中得到至少 4 点启示：

循环最终都是 C-style 的。
循环遍历的对象都会被赋值给一个临时变量。
由第 2 点可知，range 一个数组的成本要大于 range 切片。
for range 居然涉及到 2 次 copy，一次是 copy 迭代的对象，一次是集合中的元素 copy 到临时变量。

我们还原一下开篇提到的代码，大致是如下的样子：

fib := []int{0, 1}
var f1 int// copy 迭代对象temp := fibfor i := 0; i < len(temp); i++ {  // copy 元素  f1 = temp[i]  f2 := fib[i+1]  fib = append(fib, f1+f2)  if f1+f2 > 100 {    break  }}fmt.Println(fib)

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这就解释了代码为何只迭代两次，fib在循环开始前被复制，循环次数就被固定为 2 了。

因此，如果我们迭代一个切片，并且想修改里面的东西，除了在切片中存储指针以外，使用传统的 C-style 风格的循环也是个不错的选择。

for i := 0; i < len(slice); i++ { ... }

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如果我遍历的是个 map 呢？众所周知，map 是一个指针，range 计算就算 copy 也是 copy 得指针，遍历的时候仍然是同一个 map，事实上 spec 上也说明了这种情况：

If a map entry that has not yet been reached is removed during iteration, the corresponding iteration value will not be produced. If a map entry is created during iteration, that entry may be produced during the iteration or may be skipped.

概括来说，你可以在 range 循环中对 map 进行增删，删掉的元素不会在接下来被遍历到，增加的元素则不一定，也许会被遍历，也许不会，这是由 map 底层使用哈希表实现以及随机遍历机制决定的。

参考文献：