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Go语言切片面试真题7连问

asong
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前言

哈喽,大家好,我是asong。最近没事在看八股文,总结了几道常考的切片八股文,以问答的方式总结出来,希望对正在面试的你们有用~

本文题目不全,关于切片的面试真题还有哪些?欢迎评论区补充~

01. 数组和切片有什么区别?

Go语言中数组是固定长度的,不能动态扩容,在编译期就会确定大小,声明方式如下:

var buffer [255]int
buffer := [255]int{0}

切片是对数组的抽象,因为数组的长度是不可变的,在某些场景下使用起来就不是很方便,所以Go语言提供了一种灵活,功能强悍的内置类型切片("动态数组"),与数组相比切片的长度是不固定的,可以追加元素。切片是一种数据结构,切片不是数组,切片描述的是一块数组,切片结构如下:

<img src="https://p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/93958be1acdb4eb8867d307e92ad1d17~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image" style="zoom:50%;" />

我们可以直接声明一个未指定大小的数组来定义切片,也可以使用make()函数来创建切片,声明方式如下:

var slice []int // 直接声明
slice := []int{1,2,3,4,5} // 字面量方式
slice := make([]int, 5, 10) // make创建
slice := array[1:5] // 截取下标的方式
slice := *new([]int) // new一个

切片可以使用append追加元素,当cap不足是进行动态扩容。

02. 拷贝大切片一定比拷贝小切片代价大吗?

这道题比较有意思,原文地址:Are large slices more expensive than smaller ones?

这道题本质是考察对切片本质的理解,Go语言中只有值传递,所以我们以传递切片为例子:

func main()  {
    param1 := make([]int, 100)
    param2 := make([]int, 100000000)
    smallSlice(param1)
    largeSlice(param2)
}

func smallSlice(params []int)  {
    // ....
}

func largeSlice(params []int)  {
    // ....
}

切片param2要比param11000000个数量级,在进行值拷贝的时候,是否需要更昂贵的操作呢?

实际上不会,因为切片本质内部结构如下:

type SliceHeader struct {
 Data uintptr
 Len  int
 Cap  int
}

切片中的第一个字是指向切片底层数组的指针,这是切片的存储空间,第二个字段是切片的长度,第三个字段是容量。将一个切片变量分配给另一个变量只会复制三个机器字,大切片跟小切片的区别无非就是 LenCap的值比小切片的这两个值大一些,如果发生拷贝,本质上就是拷贝上面的三个字段。

03. 切片的深浅拷贝

深浅拷贝都是进行复制,区别在于复制出来的新对象与原来的对象在它们发生改变时,是否会相互影响,本质区别就是复制出来的对象与原对象是否会指向同一个地址。在Go语言,切片拷贝有三种方式:

  • 使用=操作符拷贝切片,这种就是浅拷贝
  • 使用[:]下标的方式复制切片,这种也是浅拷贝
  • 使用Go语言的内置函数copy()进行切片拷贝,这种就是深拷贝,

04. 零切片、空切片、nil切片是什么

为什么问题中这么多种切片呢?因为在Go语言中切片的创建方式有五种,不同方式创建出来的切片也不一样;

  • 零切片

我们把切片内部数组的元素都是零值或者底层数组的内容就全是 nil的切片叫做零切片,使用make创建的、长度、容量都不为0的切片就是零值切片:

slice := make([]int,5) // 0 0 0 0 0
slice := make([]*int,5) // nil nil nil nil nil
  • nil切片

nil切片的长度和容量都为0,并且和nil比较的结果为true,采用直接创建切片的方式、new创建切片的方式都可以创建nil切片:

var slice []int
var slice = *new([]int)
  • 空切片

空切片的长度和容量也都为0,但是和nil的比较结果为false,因为所有的空切片的数据指针都指向同一个地址 0xc42003bda0;使用字面量、make可以创建空切片:

var slice = []int{}
var slice = make([]int, 0)

空切片指向的 zerobase 内存地址是一个神奇的地址,从 Go 语言的源代码中可以看到它的定义:

// base address for all 0-byte allocations
var zerobase uintptr

// 分配对象内存
func mallocgc(size uintptr, typ *_type, needzero bool) unsafe.Pointer {
    ...
    if size == 0 {
        return unsafe.Pointer(&zerobase)
    }
  ...
}

05. 切片的扩容策略

这个问题是一个高频考点,我们通过源码来解析一下切片的扩容策略,切片的扩容都是调用growslice方法,不同版本,扩容机制也有细微差距,截取Go1.17版本部分重要源代码:

// runtime/slice.go
// et:表示slice的一个元素;old:表示旧的slice; cap:表示新切片需要的容量;
func growslice(et *_type, old slice, cap int) slice {
    if cap < old.cap {
        panic(errorString("growslice: cap out of range"))
    }

    if et.size == 0 {
        // append should not create a slice with nil pointer but non-zero len.
        // We assume that append doesn't need to preserve old.array in this case.
        return slice{unsafe.Pointer(&zerobase), old.len, cap}
    }

    newcap := old.cap
  // 两倍扩容
    doublecap := newcap + newcap
  // 新切片需要的容量大于两倍扩容的容量,则直接按照新切片需要的容量扩容
    if cap > doublecap {
        newcap = cap
    } else {
    // 原 slice 容量小于 1024 的时候,新 slice 容量按2倍扩容
        if old.cap < 1024 {
            newcap = doublecap
        } else { // 原 slice 容量超过 1024,新 slice 容量变成原来的1.25倍。
            // Check 0 < newcap to detect overflow
            // and prevent an infinite loop.
            for 0 < newcap && newcap < cap {
                newcap += newcap / 4
            }
            // Set newcap to the requested cap when
            // the newcap calculation overflowed.
            if newcap <= 0 {
                newcap = cap
            }
        }
    }

  // 后半部分还对 newcap 作了一个内存对齐,这个和内存分配策略相关。进行内存对齐之后,新 slice 的容量是要 大于等于 老 slice 容量的 2倍或者1.25倍。
    var overflow bool
    var lenmem, newlenmem, capmem uintptr
    // Specialize for common values of et.size.
    // For 1 we don't need any division/multiplication.
    // For sys.PtrSize, compiler will optimize division/multiplication into a shift by a constant.
    // For powers of 2, use a variable shift.
    switch {
    case et.size == 1:
        lenmem = uintptr(old.len)
        newlenmem = uintptr(cap)
        capmem = roundupsize(uintptr(newcap))
        overflow = uintptr(newcap) > maxAlloc
        newcap = int(capmem)
    case et.size == sys.PtrSize:
        lenmem = uintptr(old.len) * sys.PtrSize
        newlenmem = uintptr(cap) * sys.PtrSize
        capmem = roundupsize(uintptr(newcap) * sys.PtrSize)
        overflow = uintptr(newcap) > maxAlloc/sys.PtrSize
        newcap = int(capmem / sys.PtrSize)
    case isPowerOfTwo(et.size):
        var shift uintptr
        if sys.PtrSize == 8 {
            // Mask shift for better code generation.
            shift = uintptr(sys.Ctz64(uint64(et.size))) & 63
        } else {
            shift = uintptr(sys.Ctz32(uint32(et.size))) & 31
        }
        lenmem = uintptr(old.len) << shift
        newlenmem = uintptr(cap) << shift
        capmem = roundupsize(uintptr(newcap) << shift)
        overflow = uintptr(newcap) > (maxAlloc >> shift)
        newcap = int(capmem >> shift)
    default:
        lenmem = uintptr(old.len) * et.size
        newlenmem = uintptr(cap) * et.size
        capmem, overflow = math.MulUintptr(et.size, uintptr(newcap))
        capmem = roundupsize(capmem)
        newcap = int(capmem / et.size)
    }
}

通过源代码可以总结切片扩容策略:

切片在扩容时会进行内存对齐,这个和内存分配策略相关。进行内存对齐之后,新 slice 的容量是要 大于等于老 slice 容量的 2倍或者1.25倍,当新切片需要的容量大于两倍扩容的容量,则直接按照新切片需要的容量扩容,当原 slice 容量小于 1024 的时候,新 slice 容量变成原来的 2 倍;原 slice 容量超过 1024,新 slice 容量变成原来的1.25倍。

上面的版本是Go语言1.17的版本,在1.16以前和1024比较是oldLen,在1.18时,又改成不和1024比较了,而是和256比较,详细代码如下:

newcap := old.cap
doublecap := newcap + newcap
if cap > doublecap {
  newcap = cap
} else {
  const threshold = 256
  if old.cap < threshold {
    newcap = doublecap
  } else {
    // Check 0 < newcap to detect overflow
    // and prevent an infinite loop.
    for 0 < newcap && newcap < cap {
      // Transition from growing 2x for small slices
      // to growing 1.25x for large slices. This formula
      // gives a smooth-ish transition between the two.
      newcap += (newcap + 3*threshold) / 4
    }
    // Set newcap to the requested cap when
    // the newcap calculation overflowed.
    if newcap <= 0 {
      newcap = cap
    }
  }
}

Go官方注释说这么做的目的是能更平滑的过渡小切片按照2倍扩容,大切片按照1.25倍扩容。

06. 参数传递切片和切片指针有什么区别?

我们都知道切片底层就是一个结构体,里面有三个元素:

type SliceHeader struct {
 Data uintptr
 Len  int
 Cap  int
}

分别表示切片底层数据的地址,切片长度,切片容量。

当切片作为参数传递时,其实就是一个结构体的传递,因为Go语言参数传递只有值传递,传递一个切片就会浅拷贝原切片,但因为底层数据的地址没有变,所以在函数内对切片的修改,也将会影响到函数外的切片,举例:

func modifySlice(s []string)  {
    s[0] = "song"
    s[1] = "Golang"
    fmt.Println("out slice: ", s)
}

func main()  {
    s := []string{"asong", "Golang梦工厂"}
    modifySlice(s)
    fmt.Println("inner slice: ", s)
}
// 运行结果
out slice:  [song Golang]
inner slice:  [song Golang]

不过这也有一个特例,先看一个例子:

func appendSlice(s []string)  {
    s = append(s, "快关注!!")
    fmt.Println("out slice: ", s)
}

func main()  {
    s := []string{"asong", "Golang梦工厂"}
    appendSlice(s)
    fmt.Println("inner slice: ", s)
}
// 运行结果
out slice:  [asong Golang梦工厂 快关注!!]
inner slice:  [asong Golang梦工厂]

因为切片发生了扩容,函数外的切片指向了一个新的底层数组,所以函数内外不会相互影响,因此可以得出一个结论,当参数直接传递切片时,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

参数传递切片指针就很容易理解了,如果你想修改切片中元素的值,并且更改切片的容量和底层数组,则应该按指针传递。

07. range遍历切片有什么要注意的?

Go语言提供了range关键字用于for 循环中迭代数组(array)、切片(slice)、通道(channel)或集合(map)的元素,有两种使用方式:

for k,v := range _ { }
for k := range _ { }

第一种是遍历下标和对应值,第二种是只遍历下标,使用range遍历切片时会先拷贝一份,然后在遍历拷贝数据:

s := []int{1, 2}
for k, v := range s {
  
}
会被编译器认为是
for_temp := s
len_temp := len(for_temp)
for index_temp := 0; index_temp < len_temp; index_temp++ {
  value_temp := for_temp[index_temp]
  _ = index_temp
  value := value_temp
  
}

不知道这个知识点的情况下很容易踩坑,例如下面这个例子:

package main

import (
 "fmt"
)

type user struct {
 name string
 age uint64
}

func main()  {
 u := []user{
  {"asong",23},
  {"song",19},
  {"asong2020",18},
 }
 for _,v := range u{
  if v.age != 18{
   v.age = 20
  }
 }
 fmt.Println(u)
}
// 运行结果
[{asong 23} {song 19} {asong2020 18}]

因为使用range遍历切片u,变量v是拷贝切片中的数据,修改拷贝数据不会对原切片有影响。

之前写了一个对for-range踩坑总结,可以读一下:面试官:go中for-range使用过吗?这几个问题你能解释一下原因吗?

总结

本文总结了7道切片相关的面试真题,切片一直是面试中的重要考点,把本文这几个知识点弄会,应对面试官就会变的轻松自如。

关于切片的面试真题还有哪些?欢迎评论区补充~

好啦,本文到这里就结束了,我是asong,我们下期见。

欢迎关注公众号:Golang梦工厂

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