面试题：Go语言中Slice的内存布局特点

Question

在Go语言中，Slice是一种复合数据类型，请描述Slice的内存布局是怎样的？它与数组在内存布局上有哪些主要区别？

Answer 1

Slice的内存布局

1. 结构组成：在Go语言中，Slice本质上是一个包含三个字段的结构体。这三个字段分别是：
   • 指向底层数组的指针：该指针指向Slice所引用的底层数组的第一个元素。通过这个指针，Slice能够访问到底层数组的数据。
   • 长度（length）：表示Slice当前包含的元素个数。长度是Slice可以访问的元素数量的上限，并且不能超过底层数组的容量。
   • 容量（capacity）：表示从Slice的起始元素开始，到其底层数组末尾的元素个数。容量反映了Slice在不重新分配内存的情况下，最多能容纳多少个元素。
2. 示例：假设有如下代码：

s := make([]int, 5, 10)

这里创建了一个Slice，其底层数组是一个可以容纳10个int类型元素的数组。Slice当前长度为5，容量为10。其内存布局中，指向底层数组的指针指向数组第一个元素的内存地址，长度字段值为5，容量字段值为10。

Slice与数组在内存布局上的主要区别

1. 固定与动态：
   • 数组：数组的长度在声明时就固定下来，其内存布局是一段连续的内存空间，大小为数组元素类型大小乘以数组长度。例如var a [5]int，数组a在内存中占据5 * sizeof(int)大小的连续空间，且这个空间大小在数组生命周期内不会改变。
   • Slice：Slice的长度是动态可变的。虽然它基于底层数组，但自身的长度可以在一定范围内变化（只要不超过容量）。其内存布局除了指向底层数组的指针，还有长度和容量字段，这使得Slice在使用上比数组更灵活。
2. 内存管理方式：
   • 数组：数组是值类型，当数组作为函数参数传递时，会完整地复制一份。这意味着函数内部对数组的修改不会影响原始数组，除非传递的是数组指针。例如：

func modifyArray(arr [5]int) {
    arr[0] = 100
}
var a [5]int
modifyArray(a)
// a[0] 仍然是初始值0，因为函数内修改的是副本

- **Slice**：Slice作为函数参数传递时，传递的是其结构体（包含指针、长度和容量），这意味着函数内部对Slice的修改可能会影响原始Slice，因为它们共享底层数组。例如：

func modifySlice(s []int) {
    s[0] = 100
}
s := make([]int, 5)
modifySlice(s)
// s[0] 变为100，因为函数内修改的是同一个底层数组

3. 容量特性：
   • 数组：数组没有容量的概念，其大小就是声明时指定的长度。
   • Slice：Slice有容量的概念，容量决定了在不重新分配内存的情况下，Slice能扩展到多大。当Slice的长度增长到等于容量时，如果再追加元素，就需要重新分配内存，通常会分配一个更大的底层数组，并将原数组的数据复制过去。