面试题：Go语言切片slice底层结构中容量的作用是什么

Question

在Go语言中，切片slice有底层结构。请阐述一下底层结构中容量（capacity）字段的作用，并且说明当切片的元素数量超过当前容量时，会发生什么情况？

Answer 1

容量（capacity）字段的作用

1. 内存预分配：容量代表切片在当前底层数组中，从切片的第一个元素开始，最多能容纳的元素数量。它用于内存的预分配，这样在向切片追加元素时，如果元素数量没有超过容量，就不需要频繁地重新分配内存，从而提高性能。例如，初始化一个切片 s := make([]int, 0, 10)，这里的 10 就是容量，即使当前切片 s 中没有任何元素，但底层已经分配了能容纳10个 int 类型元素的内存空间。
2. 防止数据越界：它为切片操作提供了一个边界检查依据。当我们在切片上进行操作（如追加元素）时，需要根据容量来判断是否会超出底层数组的范围，从而避免越界错误。

当切片的元素数量超过当前容量时发生的情况

1. 内存重新分配：Go语言会自动为切片重新分配内存。新分配的内存大小一般是原容量的两倍（如果原容量小于1024）。如果原容量大于或等于1024，新容量会增加原容量的1/4。例如，原切片容量为5，当追加元素使其元素数量超过5时，新的容量可能变为10（2倍）；若原容量为2048，新容量可能变为2560（增加1/4）。
2. 数据复制：重新分配内存后，Go会将原切片中的所有元素复制到新的内存空间中，然后再将新的元素追加到新的切片中。这一过程涉及到内存的重新分配和数据的复制，所以相对开销较大。因此，在初始化切片时，如果能大致预估元素数量，合理设置容量可以减少内存重新分配的次数，提高程序效率。