你真的懂 golang reslice 嗎

package main

func a() []int {
    a1 := []int{3}
    a2 := a1[1:]
    return a2
}

func main() {
    a()
}

看到這個題, 你的第一反應是啥?

(A) 編譯失敗
(B) panic: runtime error: index out of range [1] with length 1
(C) []
(D) 其餘

第一感受: 確定能編譯過, 可是運行時必定會panic的. 但事與願違居然可以正常運行, 結果是:[]

疑問

a1 := []int{3}
a2 := a1[1:]
fmt.Println("a[1:]", a2)

a1 和 a2 共享一樣的底層數組, len(a1) = 1, a1[1]絕對會panic, 可是a[1:]卻能正常輸出, 這是爲什麼?

從表面入手

總體上看下總體的狀況

a1 := []int{3}
fmt.Printf("len:%d, cap:%d", len(a1), cap(a1))
fmt.Println("a[0:]", a1[0:])
fmt.Println("a[1:]", a1[1:])
fmt.Println("a[2:]", a1[2:])

結果:

len:1, cap:1
a[0:]: [1]
a[1:] []
panic: runtime error: slice bounds out of range [2:1]

從表面來看, 從a[2:]纔開始panic, 究竟是誰一手形成這樣的結果呢?

彙編上看一目瞭然

"".a STEXT size=87 args=0x18 locals=0x18
    // 省略...
    0x0028 00040 (main.go:6)    CALL    runtime.newobject(SB)
    0x002d 00045 (main.go:6)    MOVQ    8(SP), AX  // 將slice的數據首地址加載到AX寄存器
    0x0032 00050 (main.go:6)    MOVQ    $3, (AX)   // 把3放入到AX寄存器中, 也就是a1[0]
    0x0039 00057 (main.go:8)    MOVQ    AX, "".~r0+32(SP)
    0x003e 00062 (main.go:8)    XORPS    X0, X0     // 初始化 X0 寄存器
    0x0041 00065 (main.go:8)    MOVUPS    X0, "".~r0+40(SP) // 將X0放入返回值
    0x0046 00070 (main.go:8)    MOVQ    16(SP), BP
    0x004b 00075 (main.go:8)    ADDQ    $24, SP
    0x004f 00079 (main.go:8)    RET
    // 省略....

其實主要關心這兩行便可.

0x003e 00062 (main.go:8)    XORPS    X0, X0     // 初始化 X0 寄存器
0x0041 00065 (main.go:8)    MOVUPS    X0, "".~r0+40(SP) // 將X0放入返回值

是否是很神奇, a[1:] 沒有調用runtime.panicSliceB(SB), 而是返回的是一個空的slice. 這是爲什麼呢?

持着懷疑態度, 去 github 提上一枚 issue. https://github.com/golang/go/...

結論: 這是故意的, 單純爲了保持reslice對稱而已. 這也就解釋了返回一個空的slice的緣由.

reslice 原理

上面的問題已經解釋清楚了, 回過頭來看正常 reslice 的例子

func a() []int {
    a1 := []int{3, 4, 5, 6, 7, 8}
    a2 := a1[2:]
    return a2
}

用簡單的圖來描述這段代碼裏, a1 和 a2 之間的reslice 關係. 能夠看到 a1 和 a2 是共享底層數組的.

若是你知道這些, 那麼 slice 的使用基本上不會出現問題.

下面這些問題你考慮過嗎 ?

1. a1, a2 是如何共享底層數組的?
2. a1[low:high]是如何實現的?

繼續來看這段代碼的彙編:

"".a STEXT size=117 args=0x18 locals=0x18
    // 省略...
    0x0028 00040 (main.go:4)    CALL    runtime.newobject(SB)
    0x002d 00045 (main.go:4)    MOVQ    8(SP), AX
    0x0032 00050 (main.go:4)    MOVQ    $3, (AX)
    0x0039 00057 (main.go:4)    MOVQ    $4, 8(AX)
    0x0041 00065 (main.go:4)    MOVQ    $5, 16(AX)
    0x0049 00073 (main.go:4)    MOVQ    $6, 24(AX)
    0x0051 00081 (main.go:4)    MOVQ    $7, 32(AX)
    0x0059 00089 (main.go:4)    MOVQ    $8, 40(AX)
    0x0061 00097 (main.go:5)    ADDQ    $16, AX
    0x0065 00101 (main.go:6)    MOVQ    AX, "".~r0+32(SP)
    0x006a 00106 (main.go:6)    MOVQ    $4, "".~r0+40(SP)
    0x0073 00115 (main.go:6)    MOVQ    $4, "".~r0+48(SP)
    0x007c 00124 (main.go:6)    MOVQ    16(SP), BP
    0x0081 00129 (main.go:6)    ADDQ    $24, SP
    0x0085 00133 (main.go:6)    RET
    // 省略....

• 第4行: 將 AX 棧頂指針下移 8 字節, 指向了 a1 的 data 指向的地址空間裏
• 第5-10行: 將 [3,4,5,6,7,8] 放入到 a1 的 data 指向的地址空間裏
• 第11行: AX 指針後移 16 個字節. 也就是指向元素 5 的位置
• 第12行: 將 SP 指針下移 32 字節指向即將返回的 slice (其實就是 a2 ), 同時將 AX 放入到 SP. 注意 AX 放入 SP 裏的是一個指針, 也就形成了a1, a2是共享同一塊內存空間的
• 第13行: 將 SP 指針下移 40 字節指向了 a2 的 len, 同時 把 4 放入到 SP, 也就是 len(a2) = 4
• 第14行: 將 SP 指針下移 48 字節指向了 a2 的 cap, 同時 把 4 放入到 SP, 也就是 cap(a2) = 4

下圖是 slice 的 棧圖, 能夠配合着上面的彙編一塊看.

看到這裏是否是一目瞭然了. 因而有了下面的這些結論:

1. reslice 徹底是利用匯編實現的
2. reslice 時, slice 的 data 經過指針的移動完成, 形成了共享相同的底層數據, 同時將新的 len, cap 放入對應的位置

至此, golang reslice的原理基本已經闡述清楚了.

參考資料

1. 深刻Go的底層，帶你走近一羣有追求的人
2. 彙編角度看 Slice，一個新的世界
3. Why slice not painc
4. Slice expressions
5. A Quick Guide to Go's Assembler
6. plan9 assembly 徹底解析