面试题：Go语言切片底层结构对扩容的影响

Question

Go语言切片的底层结构包含哪些部分？这些结构组成是如何影响切片扩容机制的实现和性能的？请举例说明。

Answer 1

1. Go语言切片的底层结构
   • 指针：指向底层数组的第一个元素。
   • 长度（len）：表示切片当前的元素个数。
   • 容量（cap）：表示切片当前可容纳的最大元素个数，从切片的起始元素到其底层数组的最后一个元素的个数。
2. 对切片扩容机制实现和性能的影响
   • 扩容机制实现：当向切片中添加元素，使得len超过cap时，就会触发扩容。扩容时，Go会重新分配内存，创建一个新的底层数组，新数组的容量通常是原容量的2倍（如果原容量小于1024），如果原容量大于等于1024，则新容量会增加原容量的1/4。然后将原切片的内容复制到新的底层数组对应的位置上。
   • 性能影响：由于扩容涉及内存的重新分配和数据的复制，所以频繁的扩容会导致性能下降。因为内存重新分配涉及系统调用，而数据复制需要消耗CPU时间。
3. 举例说明

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    s := make([]int, 0, 5)
    for i := 0; i < 10; i++ {
        s = append(s, i)
        fmt.Printf("Length: %d, Capacity: %d\n", len(s), cap(s))
    }
}

在这个例子中，开始创建了一个容量为5的切片 s。当添加元素时，前5次添加不会触发扩容，因为len没有超过cap。当添加第6个元素时，len变为6，超过了cap（5），触发扩容。新的容量变为10（原容量5的2倍，因为原容量小于1024），然后将原切片中的5个元素复制到新的底层数组。这样在循环添加元素过程中，可以清晰看到每次添加元素时len和cap的变化，体现了扩容机制对切片的影响。