[翻譯]Go 資料結構

這是一個建立於 的文章，其中的資訊可能已經有所發展或是發生改變。

關於 Go 的記憶體結構在 Go 記憶體模型 中已經有介紹，但是內容相對簡單，許多細節也一帶而過。Ross Cox 的這篇文章 Go Data Structure 講解得比較系統也很全面的一篇。翻譯至此，希望能對大家有協助。

2009 年的舊文，發現自己當時沒有翻譯完。所以再次做了增補和修改。如果我沒記錯，應該已經有人在 OSC 上發表過同一篇文章的翻譯了。大家對照參考閱讀吧。

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Go 資料結構

每當給新手介紹 Go 的時候，我發現為了建立起關於哪個操作成本更加高昂的正確觀念，將 Go 如何為其值分配記憶體說明清楚會很有協助。本文介紹了基礎類型、結構體、數組和切片（slice）。

基本類型

先來看看幾個簡單的例子：

變數 i 的類型是 int，在記憶體中表現為一個 32 位的字。（所有圖展示的都為 32 位記憶體結構；在當前的實現裡，在 64 位元的架構中只有指標會變大，int 仍然還是 32 位，不過也可能選擇 64 位元來作為替代實現。）

由於顯式的轉換，變數 j 的類型是 int32。雖然 i 和 j 有相同的記憶體布局，但是它們是不同的類型：賦值 i = j 會產生一個類型錯誤，因此必須顯式的進行轉換：i = int(j)。

變數 f 的類型是 float，當前的實現是 32 位的浮點類型。它的記憶體佔用與 int32 一樣，但內部布局不同。

結構體與指標

接下來，變數 bytes 的類型是 [5]byte，一個有 5 位元組的數組。它的記憶體表現就是這 5 個位元組，跟 C 的數組一樣一個個挨著。類似的 primes 是一個有 4 個 int 的數組。

Go，更接近 C 而不是 Java，它為程式員提供了是不是指標的權力。例如，這個類型定義：

type Point struct { X, Y int }

定義了一個叫做 Point 的簡單的結構類型，在記憶體中表現為兩個相鄰的 int。

複合文法語句 Point{10, 20} 對 Point 進行了初始化。對一個複合文法進行取地址表示了一個指向剛剛分配並初始化的 Point 的指標。前者在記憶體中是兩個字；後者是一個指向兩個字的記憶體的指標。

結構體中的欄位在記憶體中是一個挨一個的排布的。

type Rect1 struct { Min, Max Point }type Rect2 struct { Min, Max *Point }

Rect1，一個有兩個 Point 欄位的結構體，表達成一行有兩個 Point，或者說四個 int。Rect2，一個有兩個 *Point 欄位的結構體，表達成兩個 *Point。

那些使用過 C 的程式員可能不會對 Point 欄位和 *Point 欄位之間的區別感到驚訝，而哪些僅僅使用過 Java 或 Python（以及其他……）可能對決定使用哪種而感到詫異。通過為程式員提供了基本的記憶體布局控制能力，Go 提供了對一組資料結構的整體大小、分配數量和記憶體訪問模式進行控制的能力。所有都是構建能夠良好啟動並執行系統的關鍵。

字串

有了前面這些鋪墊，我們可以繼續瞭解那些更加有趣的資料類型了。

（灰色箭頭表示存在於實現中，但是無法在程式中直接看到的指標。）

一個 string 在記憶體中表現為雙字結構體，包含指向字串資料的指標和其長度。由於 string 是不可變的，因此多個字串共用同一儲存空間是安全的。那麼如果對 s 進行切，片使其成為一個新的雙字結構體，會在內部產生另一個指標和長度，但仍然指向相同的位元組序列。這意味著切片可以在不進行任何分配和複製的情況下完成，因此切片同指定序號輪尋字串同樣有效率。

（從另一方面來說，在 Java 和其他語言中將字串切片到更小的片段時，有一個眾所周知的問題，即便是只有一個小片段被使用的情況下，原始的引用都將在記憶體中保留整個原始字串。Go 也有同樣的問題。我們已經嘗試但拒絕了一個使用分配和複製的替代方案，這個方案會讓字串切片的成本更加高昂，大多數程式都希望避免這一情況。）

slice

一個 slice 是指向一個數組的某個片段的引用。在記憶體中，它是一個三字結構體，包含了指向首元素的指標、slice 的長度和容量。長度是類似 x[i] 這樣的索引操作的上限，而容量是 x[i:j] 這樣的切片操作的上限。

與對字串切片一樣，對數組切片也不會產生複製：它僅僅建立一個新的用於儲存不同的指標、長度和容量的結構體。在這個例子中，複合文法 []int{2, 3, 5, 7, 11} 建立了一個包含有五個值的新數組，然後設定了 slice x 的欄位來描述這個數組。slice 運算式 x[1:3] 沒有分配任何資料：它只是填充了一個指向相同底層儲存的新的 slice 結構體。在例子中，長度為 2，y[0] 和 y[1] 是唯一合法的序號；而容量是 4，y[0:4] 是一個合法的 slice 運算式。（參閱 Effective Go 瞭解更多關於 slice 長度和容量，以及如何使用的內容。）

由於 slice 是一個多字結構體，在沒有指標的情況下，切片操作不需要分配記憶體，甚至是 slice 頭也不需要，它通常儲存在棧上。這使得 slice 的使用與在 C 中傳遞指定的指標和長度的成本一樣低廉。Go 最初將 slice 作為一個指向上面展示的結構體的指標，但是這樣的話意味著每一個切片操作都會分配新的記憶體對象。即便使用快速分配也為記憶體回收行程產生了許多額外的工作。我們發現了這一情況，就像前面在字串部分已經提及的，這種情況下程式可能會避免切片操作而使用輪尋。移除了這些間接量與記憶體配置，使得 slice 的成本已經足夠低廉，在大多數情況下都不需要輪尋了。

new 和 make

Go 有兩個資料結構建立函數：new 和 make。它們的區別最初可能引起混淆，不過很快就會感到正常。最基本的區別是 new(T) 返回一個 *T，一個 Go 程式可以隱式拋棄的指標（圖中黑色箭頭），但 make(T, args) 返回一個原始的 T 而不是指標。通常 T 有其內部隱式實現的指標（圖中灰色的箭頭）。new 返回一個指向空值填充的記憶體，而 make 返回一個複雜的結構體。

有一種辦法可以將這兩種情況統一起來，不過可能會顛覆從 C 和 C++ 而來的傳統：定義 make(*T) 來返回一個指向新分配的 T 的記憶體，那麼當前 new(Point) 可以寫為 make(*Point)。我們對此嘗試了幾天，但是覺得這與人們通常希望的記憶體配置函數實在大相徑庭。

即將來臨

這已經夠長了。介面值、map 和 channel 將只能等待以後的文章了。