面试题：Go语言切片动态数组的内存分配机制

Question

在Go语言中，切片是一种动态数组，阐述一下切片在进行append操作时，其底层内存是如何分配和扩容的？

Answer 1

切片 append 操作底层内存分配与扩容原理

1. 初始分配：
   • 当创建一个空切片时，例如 s := make([]int, 0)，此时切片的容量（cap）为0 。如果执行 s = append(s, 1)，Go 运行时会为切片分配内存。它会根据需要分配一个能容纳至少一个元素的内存块，这个内存块的大小通常会比当前所需的稍大，以减少后续频繁的内存分配。
2. 扩容规则：
   • 当切片的容量不足以容纳新添加的元素时，就会发生扩容。
   • 如果当前切片的容量小于1024 ，那么扩容时新的容量会翻倍。例如，一个切片当前容量为5 ，执行 append 操作导致容量不足，那么新的容量会变为10 。
   • 如果当前切片的容量大于或等于1024 ，那么扩容时新的容量会增加当前容量的1/4 。例如，一个切片当前容量为1024 ，执行 append 操作导致容量不足，那么新的容量会变为1024 + 1024/4 = 1280 。
3. 内存重新分配：
   • 扩容时，Go 运行时会在堆上重新分配一块更大的内存块，这块新内存块的大小由上述扩容规则决定。
   • 然后将原切片中的所有元素复制到新的内存块中，接着在新内存块的末尾添加新的元素。
   • 最后，更新切片的指针，使其指向新的内存块，同时更新切片的容量和长度。

例如：

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))
    }
}

在上述代码中，初始切片 s 的容量为5 ，随着 append 操作的进行，容量会按照上述规则进行扩容，并输出每次 append 后的长度和容量。