Go语言数据结构

浏览数：24 / 时间：2015年06月10日

当向一个新程序员解释Go语言时，我发现如果解释Go的数据是如何在内存中表示的，将有助于建立编写高效程序的良好直觉。

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基础类型

让我们从一些简单的例子开始：

变量i是int类型，在内存中占用一个32位的存储单位。（上图拿32位系统来举例；对以上的例子，只有指针才会在64位的机器上占用更多的空间——int始终是32位——然而我们仍然可以选择64位的系统。）

变量j是int32类型，因为它经过了显式的类型转化。尽管i和j有着同样的内存布局，但它们的类型是不一样的：像这样的赋值i = j会产生类型异常，必须通过显式的类型转换：i = int(j) 。

变量f是个浮点类型，上例中它代表着占用32位的浮点值。它的内存占用跟int32一样，但内部布局不同。

结构与指针

变量bytes是[5]byte类型，一个具有5个字节的数组。它的内存表示就只有5个紧挨着的字节，就像C里的数组一样。相似地，primes变量是一个拥有4个int数值的数组。

Go就像C而不像Java，它让程序员决定什么是或者不是一个指针。拿这个类型定义来举例：

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type Point struct { X , Y int }

定义一个叫Point的简单的结构类型，意味着内存里是两个相邻的int。

Point{ 10, 20 }这句复合语法表示一个被初始化的Point对象。而&Point{ 10, 20 }这句则表示一个指向被初始化的Point对象的指针。前者在内存中有两个数据块，而后者则存放着一个指向两个数据块的指针。

结构中的字段被依次地排列在内存里面。

1

type Rect1 struct { Min, Max Point }

2

type Rect2 struct { Min, Max *Point }

Rect1是一个拥有两个Point类型字段的结构，它的一条记录包含了两条Point记录——共4个int。Rect2是一个拥有两个Point类型指针的结构，在内存里它占两个Point指针的空间。

用过C的程序员也许对Point字段和*Point字段的区别并不陌生，而只用过Java或者Python（或者其他）则可能为需要做出选择而惊讶。通过为程序员提供控制基础内存布局的可能，Go语言让程序员可以操控所有数据结构总尺寸、所分配变量的总数和内存访问的模式，这些对于建造高性能系统都至关重要。

字符串

接下来我们继续看一些更有趣的数据类型。

（灰色箭头意味着实现上的真实表示方式，但这在编程过程中是不可见的）

一个字符串在内存中的表示被分成两段，一个指向字符串数据的指针和一个长度值。因为字符串是可枚举的，所以多个字符串共享同一段存储空间也是安全的，因此如果对s字符串进行一个切片选择，将得到一个可能不一样的指针和长度，但它们也指向同一段字节序列。这意味着，切片并不需要分配空间或者是复制数据，创建切片很容易，只需要传递明确的下标值就行了。

（顺带一句，在Java和某些与严重有一个著名的缺陷，当你对一个字符串进行切片并保存其中的一小部分，引用将在内存中保存原字符串的完整内容，即使只有很小的一部分是被用到的。Go也有这个缺陷。要不然（我们尝试但最终舍弃了），我们将对切片采取昂贵的做法——分配内存并拷贝数据——大部分语言都避免这种做法。

切片

切片是对数组中一段数据的引用。在内存中它有三段数据组成：一个指向数据头的指针、切片的长度、切片的容量。长度是索引操作的上界，如：x[i] 。容量是切片操作的上界，如：x[i:j] 。

跟对字符串做切片一样，对数组进行切片也不会导致复制：它只创建一个存放指针、长度和容量的结构体。在这个例子中，语句[ ] int { 2, 3, 5, 7, 11 } 创建了一个包含5个值的新数组，并为x切片设置了对应的值来描述那个数组。切片表达式x[1:3]并不为数据分配内存：它只填充切片结构的字段，用以复用数组的存储空间。在这个例子中，长度是2，y[0]和y[1]是仅有的合法数据；但容量是4，y[0:4]是个合法的切片表达式。（查看高效GO获取更多关于长度、容量，以及如何使用切片的信息。）

由于切片不是指针而是多字段的结构，切片操作并不需要分配内存，即使对于切片头也是这样，它可以常驻在栈中。这种表示法让切片的使用的代价很低，就像C中传递精确的指针和长度一样。Go原生地在切片中使用了指针，这也意味着每个切片操作都分配一个内存对象。即使有了一个更快的内存分配器，这为垃圾回收带来了不必要的工作，并且我们发现，就像字符串那个例子一样，给于精确的下标，比进行切片操作好。大多数情况下，避免不必要的间接引用和内存分配可以让切片足够高效了。

new和make

Go有两种创建数据结构的方法：new和make 。它们的区别是常见的早期困惑，但很快就会变得自然。基础的区别在于，new(T)返回一个*T类型，一个可以被隐性反向引用的指针（如图中的黑色指针），而make(T,args)返回一个原始的T，它并不是一个指针。T中常有写隐性的指针（如图中的灰色指针）。new返回一个指向初始化为全0值的指针，而make返回一个复杂的结构。