关于 golang中 string 和 array的转换问题。

概述

string在golang中是不可变类型，一般来说讲其转为其他对象会发生拷贝，有什么方法可以不发生拷贝呢。

代码实验

package stringtoslice

import (
	"fmt"
	"testing"
	"unsafe"
)

func TestStringToByteArray(t *testing.T) {
	// 创建一个字符串
	s := "hello"

	// 将字符串转换为字节数组
	b := []byte(s)

	// 打印字符串和字节数组的内存地址
	fmt.Println(unsafe.Pointer(&s), unsafe.Pointer(&b))
	// 0xc00002e280 0xc0000100a8 不同地址

	// 拿到 string 的 string header
	// 将 string header 指针强转为一个 [2]int 数组指针 再解引用得到这个数组
	// [5489351 5] 5489351 是底层数组的地址 5 是字符串的长度
	StringHeaderArray := *(*[2]int)(unsafe.Pointer(&s))
	fmt.Println(StringHeaderArray)

	// StringHeaderSlice 是一个 [2]int 数组 字面量 把它强转为一个 []byte 数组指针 再解引用
	// 输出得到这个数组
	b1 := *(*[]byte)(unsafe.Pointer(&StringHeaderArray))
	fmt.Println(b1)

	// 简写为 直接强转为一个 []byte对象的指针
	convertArray := *(*[]byte)(unsafe.Pointer(&s))
	fmt.Println(convertArray)

	fmt.Println((*(*[2]int)(unsafe.Pointer(&s)))[0], (*(*[2]int)(unsafe.Pointer(&s)))[1])
	fmt.Println((*(*[3]int)(unsafe.Pointer(&convertArray)))[0], (*(*[3]int)(unsafe.Pointer(&convertArray)))[1], (*(*[3]int)(unsafe.Pointer(&convertArray)))[2])
	// 5489287 5
	// 5489287 5 0 使用了同一块内存，但是array的容量为0

	// 试图向字节数组追加一个感叹号
	convertArray = append(convertArray, '!')

	fmt.Println(convertArray)
	fmt.Println(s)
	// [104 101 108 108 111 33]
	// hello  hello 没有变化

	fmt.Println((*(*[2]int)(unsafe.Pointer(&s)))[0], (*(*[2]int)(unsafe.Pointer(&s)))[1])
	fmt.Println((*(*[3]int)(unsafe.Pointer(&convertArray)))[0], (*(*[3]int)(unsafe.Pointer(&convertArray)))[1], (*(*[3]int)(unsafe.Pointer(&convertArray)))[2])
	// 5489287 5 字符串的底层数组仍然在原地
	// 824633795440 6 8 // 因为发生扩容， go runtime 将array移动到了别的位置
}

string 实现

// +--------------------+       +----------------------------+
// |   StringHeader     |       |   Go String (Immutable)    |
// +--------------------+       +----------------------------+
// | Data (uintptr)     |  ---> |  Data (pointer to bytes)   |
// | Len (int)          |       |  Len (length of string)    |
// +--------------------+       +----------------------------+
//    ^
//    | (points to string's data)
//    v
// +----------------------------+
// |  Byte Array (Underlying Data) |
// +----------------------------+
// |  h  |  e  |  l  |  l  |  o  |
// +----------------------------+
//

• 不可变类型String由 StringHeader + 底层数组实现。

[]byte 字符切片

// +--------------------+       +----------------------------+
// |     SliceHeader    |       |        Go []byte           |
// +--------------------+       +----------------------------+
// | Data (uintptr)     |  ---> |  Data (pointer to bytes)   |
// | Len (int)          |       |  Len (length of slice)     |
// | Cap (int)          |       |  Cap (capacity of slice)   |
// +--------------------+       +----------------------------+
//	^
//	|  (points to slice's data)
//	v
// +----------------------------+
// |  Byte Array (Underlying Data) |
// +----------------------------+
// |  h  |  e  |  l  |  l  |  o  |
// +----------------------------+

核心代码解析

• 将StringHeader 转为 字符切片的指针 [data][len] -> [data][ptr][0] 这个过程发生了类型转换，当然也发生了拷贝。由于 SliceHeader多一个容量属性，该属性在强转时被自动设为零。

convertArray := *(*[]byte)(unsafe.Pointer(&s))

• 类型转化之后，SliceHeader和 StringHeader有相同的 data 和 len。所以它们可以使用一样的底层数据。

• 若要查看 StringHeader或者SliceHeader中的内容

fmt.Println((*(*[2]int)(unsafe.Pointer(&s)))[0], (*(*[2]int)(unsafe.Pointer(&s)))[1])

将他们指向StringHeader结构的Pointer,类型为 *StringHeader, 转换为指向[2]int即[data][len]数组的指针，指针类型为*[2]int1。

扩容时拷贝

当对这个“切片”执行 append 时，Go 会发现 “当前容量 = 0，不足以容纳新的元素”，因此必然要重新分配一块新内存（扩容）并把老数据拷贝过去