Go1.18 新特性：高效复制，strings, bytes 标准库新增 Clone API

大家好，我是煎鱼。

Go1.18 过几周（3月份）就要发布了，先前我们已经更新了好几期新版本特性，今天给大家带来一个新的优化类的内容，是与 strings 和 bytes 标准库有关。

背景

想要更快捷复制

在日常编程中，字节 []byte 是经常需要复制的。需要写以下代码：

dup := make([]byte, len(data))
copy(dup, data)

@Ilia Choly 觉得这就太麻烦了，毕竟每次都得写一遍，又或是自己封装成如下函数：

// Clone returns a copy of b
func Clone(b []byte) []byte {
  b2 := make([]byte, len(b))
  copy(b2, b)
  return b2
}

为此想要增加一个快捷方法，不过这显然站不住脚，熟悉语法的同学会发现有现成的方式：

b2 := append([]byte(nil), b...)

一行就能实现效果，甚至更快，因为分配的切片不会被初始化为零值。

复制会共享内存

许多 Go 开发者，在写应用程序要复制切片（Slice）时，会发现复制出来的切片 s1 和原始的 s0 有内存上的关联，其本质原因在于其底层的数据结构导致，这会导致许多隐藏的问题。

示例代码如下：

import (
    "fmt"
    "reflect"
    "unsafe"
)

func main() {
    s0 := "脑子进煎鱼了"
    s1 := s0[:3]
    s0h := (*reflect.StringHeader)(unsafe.Pointer(&s0))
    s1h := (*reflect.StringHeader)(unsafe.Pointer(&s1))

    fmt.Printf("Len is equal: %t\n", s0h.Len == s1h.Len)
    fmt.Printf("Data is equa: %t\n", s0h.Data == s1h.Data)
}

从上述程序来看，你认为变量 s0 和 s1 相比，他们的 Len 相等吗？Data 相等吗？

输出结果如下：

Len is equal: false
Data is equa: true

咋一看，好像没问题。Len 不相等，毕竟是按索引复制的。但 Data 竟然就相等了，这为什么，是 Go 出 BUG 了吗？

这实际是与 Go 在 String 和 Slice 的底层数据结构有关的，例如 String 的运行时表现是 StringHeader。

他的底层结构如下：

type StringHeader struct {
    Data uintptr
    Len  int
}

• Data： 指向具体的底层数组。
• Len：代表字符串切片的长度。

关键就在于 Data，本质上是一个指向底层数据的指针地址，因此在复制时，会将其也复制过去。造成不必要的复制和 “脏” 数据，引发各种奇怪的 BUG。

这个问题，正在新特性的痛点。

新特性

在 Go1.18 的新特性中，strings 和 bytes 增加了一个 Clone 方法，来解决前面提到的 2 个问题点。

源代码如下：

func Clone(s string) string {
    if len(s) == 0 {
        return ""
    }
    b := make([]byte, len(s))
    copy(b, s)
    return *(*string)(unsafe.Pointer(&b))
}

• 通过 copy 函数对原始字符串进行复制，得到一份新的 []byte 数据。
• 通过 *(*string)(unsafe.Pointer(&b)) 进行指针操作，实现 byte 到 string 的零内存复制转换。

至此，通过非常巧妙地方式解决了背景中的两个问题。大家也不用一直去重复写类似的代码了。

总结

一直以来，Go 中的 string 和 slice 因为底层数组指向和扩缩容机制等原因饱受争议，在末尾也给出一些公众号之前介绍过的一些 “坑”，有兴趣的读者可以看看。

本次的 1.18 新方法更新，是有一定功能作用的，在学习上也能够明确的知道 Clone 他的作用和定义，会留个心眼。

你的项目中有类似的代码吗？

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参考

• bytes, strings: add Clone
• [test: add test that we don't optimize string([]byte(string))](https://github.com/golang/go/...)
• proposal: provide std lib pkg Clone function to copy a string efficiently without memory sharing