面试题：Go语言切片共享底层数组对内存布局的影响

Question

假设有两个切片s1和s2共享同一个底层数组，对s1进行操作（如删除元素、添加元素）后，会如何影响s2的内存布局和实际可用元素？请从底层内存角度详细分析。

Answer 1

1. 删除元素场景
   • 底层内存角度：
     • Go语言中切片删除元素通常使用append函数来模拟删除操作。例如，若要删除切片s1中的第i个元素，可以使用s1 = append(s1[:i], s1[i + 1:]...)。
     • 由于s1和s2共享底层数组，当对s1进行删除操作时，实际上是改变了s1在底层数组中的起始位置和长度。假设底层数组为arr，原本s1从arr[j]开始，长度为n，删除元素后，s1可能从arr[k]开始（k可能等于j或者不等于j，取决于删除的位置），长度变为m（m < n）。
   • 对s2的影响：
     • 内存布局：如果删除操作没有导致底层数组扩容或重新分配内存（即删除后len(s1) + cap(s1) - 1仍小于等于底层数组容量），那么s2的内存布局不会改变，因为底层数组没有改变。但是如果删除操作导致了底层数组重新分配内存（例如删除大量元素后，剩余元素很少，触发了内存优化机制重新分配一个更小的底层数组），那么s2指向的底层数组就会改变，其内存布局也会相应改变。
     • 实际可用元素：如果没有重新分配底层数组，s2的实际可用元素数量不变，只是s1删除元素对应的位置对于s2来说可能处于“无效”状态（因为s1删除元素改变了其逻辑上的长度）。如果底层数组重新分配，s2的实际可用元素可能会因为新的底层数组大小和内容改变而改变。
2. 添加元素场景
   • 底层内存角度：
     • 使用append函数向s1添加元素时，如果当前s1的容量（cap(s1)）足够，那么直接在底层数组的空闲位置添加元素，s1的长度（len(s1)）增加，起始位置不变。如果当前容量不足，Go会重新分配一个新的底层数组，新数组的大小通常是原数组容量的两倍（如果原容量小于1024），然后将原数组内容复制到新数组，再在新数组的空闲位置添加元素。
   • 对s2的影响：
     • 内存布局：如果添加元素没有导致底层数组扩容，s2的内存布局不变，因为底层数组未变。但如果导致了底层数组扩容并重新分配内存，s2指向的底层数组会改变，内存布局也会改变。
     • 实际可用元素：若未扩容，s2实际可用元素不变。若扩容，s2的实际可用元素可能会因为新的底层数组大小和内容改变而改变，例如新的底层数组可能在原数组基础上增加了新元素，这些新元素对于s2来说也可能是可用的（取决于s2的起始位置和长度）。