切片传递的隐藏危机

2020/11/05 08:00
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提出疑问


在Go的源码库或者其他开源项目中,会发现有些函数在需要用到切片入参时,它采用是指向切片类型的指针,而非切片类型。这里未免会产生疑问:切片底层不就是指针指向底层数组数据吗,为何不直接传递切片,两者有什么区别

例如,在源码log包中,Logger对象上绑定了formatHeader方法,它的入参对象buf,其类型是*[]byte,而非[]byte

1func (l *Logger) formatHeader(buf *[]byte, t time.Time, file string, line int) {}

有以下例子

 1func modifySlice(innerSlice []string) {
2    innerSlice[0] = "b"
3    innerSlice[1] = "b"
4    fmt.Println(innerSlice)
5}
6
7func main() {
8    outerSlice := []string{"a""a"}
9    modifySlice(outerSlice)
10    fmt.Print(outerSlice)
11}
12
13// 输出如下
14[b b]
15[b b]

我们将modifySlice函数的入参类型改为指向切片的指针

 1func modifySlice(innerSlice *[]string) {
2    (*innerSlice)[0] = "b"
3    (*innerSlice)[1] = "b"
4    fmt.Println(*innerSlice)
5}
6
7func main() {
8    outerSlice := []string{"a""a"}
9    modifySlice(&outerSlice)
10    fmt.Print(outerSlice)
11}
12
13// 输出如下
14[b b]
15[b b]

在上面的例子中,两种函数传参类型得到的结果都一样,似乎没发现有什么区别。通过指针传递它看起来毫无用处,而且无论如何切片都是通过引用传递的,在两种情况下切片内容都得到了修改。

这印证了我们一贯的认知:函数内对切片的修改,将会影响到函数外的切片。但,真的是如此吗?


考证与解释


在《你真的懂string与[]byte的转换了吗》一文中,我们讲过切片的底层结构如下所示。

1type slice struct {
2    array unsafe.Pointer
3    len   int
4    cap   int
5}

array是底层数组的指针,len表示长度,cap表示容量。

我们对上文中的例子,做以下细微的改动。

 1func modifySlice(innerSlice []string) {
2    innerSlice = append(innerSlice, "a")
3    innerSlice[0] = "b"
4    innerSlice[1] = "b"
5    fmt.Println(innerSlice)
6}
7
8func main() {
9    outerSlice := []string{"a""a"}
10    modifySlice(outerSlice)
11    fmt.Print(outerSlice)
12}
13
14// 输出如下
15[b b a]
16[a a]

神奇的事情发生了,函数内对切片的修改竟然没能对外部切片造成影响?

为了清晰地明白发生了什么,将打印添加更多细节。

 1func modifySlice(innerSlice []string) {
2    fmt.Printf("%p %v   %p\n", &innerSlice, innerSlice, &innerSlice[0])
3    innerSlice = append(innerSlice, "a")
4    innerSlice[0] = "b"
5    innerSlice[1] = "b"
6    fmt.Printf("%p %v %p\n", &innerSlice, innerSlice, &innerSlice[0])
7}
8
9func main() {
10    outerSlice := []string{"a""a"}
11    fmt.Printf("%p %v   %p\n", &outerSlice, outerSlice, &outerSlice[0])
12    modifySlice(outerSlice)
13    fmt.Printf("%p %v   %p\n", &outerSlice, outerSlice, &outerSlice[0])
14}
15
16// 输出如下
170xc00000c060 [a a]   0xc00000c080
180xc00000c0c0 [a a]   0xc00000c080
190xc00000c0c0 [b b a] 0xc000022080
200xc00000c060 [a a]   0xc00000c080

在Go函数中,函数的参数传递均是值传递。那么,将切片通过参数传递给函数,其实质是复制了slice结构体对象,两个slice结构体的字段值均相等。正常情况下,由于函数内slice结构体的array和函数外slice结构体的array指向的是同一底层数组,所以当对底层数组中的数据做修改时,两者均会受到影响。

但是存在这样的问题:如果指向底层数组的指针被覆盖或者修改(copy、重分配、append触发扩容),此时函数内部对数据的修改将不再影响到外部的切片,代表长度的len和容量cap也均不会被修改。

为了让读者更清晰的认识到这一点,将上述过程可视化如下。

可以看到,当切片的长度和容量相等时,发生append,就会触发切片的扩容。扩容时,会新建一个底层数组,将原有数组中的数据拷贝至新数组,追加的数据也会被置于新数组中。切片的array指针指向新底层数组。所以,函数内切片与函数外切片的关联已经彻底斩断,它的改变对函数外切片已经没有任何影响了。

注意,切片扩容并不总是等倍扩容。为了避免读者产生误解,这里对切片扩容原则简单说明一下(源码位于src/runtime/slice.go 中的 growslice 函数):

切片扩容时,当需要的容量超过原切片容量的两倍时,会直接使用需要的容量作为新容量。否则,当原切片长度小于1024时,新切片的容量会直接翻倍。而当原切片的容量大于等于1024时,会反复地增加25%,直到新容量超过所需要的容量。

到此,我们终于知道为什么有些函数在用到切片入参时,它需要采用指向切片类型的指针,而非切片类型。

 1func modifySlice(innerSlice *[]string) {
2    *innerSlice = append(*innerSlice, "a")
3    (*innerSlice)[0] = "b"
4    (*innerSlice)[1] = "b"
5    fmt.Println(*innerSlice)
6}
7
8func main() {
9    outerSlice := []string{"a""a"}
10    modifySlice(&outerSlice)
11    fmt.Print(outerSlice)
12}
13
14// 输出如下
15[b b a]
16[b b a]

请记住,如果你只想修改切片中元素的值,而不会更改切片的容量与指向,则可以按值传递切片,否则你应该考虑按指针传递。


例题巩固


为了判断读者是否已经真正理解上述问题,我将上面的例子做了两个变体,读者朋友们可以自测。

测试一

 1func modifySlice(innerSlice []string) {
2    innerSlice[0] = "b"
3  innerSlice = append(innerSlice, "a")
4    innerSlice[1] = "b"
5    fmt.Println(innerSlice)
6}
7
8func main() {
9    outerSlice := []string{"a""a"}
10    modifySlice(outerSlice)
11    fmt.Println(outerSlice)
12}

测试二

 1func modifySlice(innerSlice []string) {
2    innerSlice = append(innerSlice, "a")
3    innerSlice[0] = "b"
4    innerSlice[1] = "b"
5    fmt.Println(innerSlice)
6}
7
8func main() {
9    outerSlice:= make([]string03)
10    outerSlice = append(outerSlice, "a""a")
11    modifySlice(outerSlice)
12    fmt.Println(outerSlice)
13}

测试一答案

1[b b a]
2[b a]

测试二答案

1[b b a]
2[b b]

你做对了吗?


后言

好啦,文章到这就结束了,我们下期见~~。希望对你们有用。可添加我的golang交流群,我们一起学习交流。

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