golang快速入門[9.1]-深刻字符串的存儲、編譯與運行

時間 2020-07-19

標籤 golang 快速入門 9.1 深刻字符串存儲編譯運行欄目 Go 简体版

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前文

前言

在常量和自動類型推斷的文章中,咱們介紹過整數、浮點數在詞法解析階段的過程。簡單的說,整數是全爲數字的常量,浮點數是帶了小數點的常量。字符串也同樣,字符串常量聲明有兩種方式:

var a string = `hello world`
var b string = "hello world"

詞法解析階段,挨個的讀取Uft-8字符, 當發現了單撇號或者是雙引號時,說明其是一個字符串。解析函數以下

func (s *scanner) next() {
    ...
    c := s.getr()
    for c == ' ' || c == '\t' || c == '\n' && !nlsemi || c == '\r' {
        c = s.getr()
    }
    // token start
    s.line, s.col = s.source.line0, s.source.col0
    if isLetter(c) || c >= utf8.RuneSelf && s.isIdentRune(c, true) {
        s.ident()
        return
    }

    switch c {
    case '"':
        s.stdString()

    case '`':
        s.rawString()

    ...
    }

解析時單撇號 會調用rawString,雙引號 會調用stdString,二者略微有所不一樣
單撇號比較簡單，始終要尋找下一個配對的單撇號

func (s *scanner) rawString() {
    s.startLit()

    for {
        r := s.getr()
        if r == '`' {
            break
        }
        if r < 0 {
            s.errh(s.line, s.col, "string not terminated")
            break
        }
    }
    // We leave CRs in the string since they are part of the
    // literal (even though they are not part of the literal
    // value).

    s.nlsemi = true
    s.lit = string(s.stopLit())
    s.kind = StringLit
    s.tok = _Literal
}

雙引號有所不一樣,其調用stdString函數。

func (s *scanner) stdString() {
    s.startLit()

    for {
        r := s.getr()
        if r == '"' {
            break
        }
        if r == '\\' {
            s.escape('"')
            continue
        }
        if r == '\n' {
            s.ungetr() // assume newline is not part of literal
            s.error("newline in string")
            break
        }
        if r < 0 {
            s.errh(s.line, s.col, "string not terminated")
            break
        }
    }

    s.nlsemi = true
    s.lit = string(s.stopLit())
    s.kind = StringLit
    s.tok = _Literal
}

當出現另外一個雙引號則直接退出,當出現了字符`,表明會對後面的字符進行轉義。</li> <li>雙引號`不能出現以下的換行符,會報錯。

str := " 微信:
1131052403 "

不管是標準字符串仍是原始字符串最終都會被標記成 StringLit 類型的 Token 並傳遞到編譯的下一個階段
s.lit = string(s.stopLit()) 將解析到的字節轉換爲字符串,例如"hello" 最後會被解析爲""hello""

// go/src/cmd/compile/internal/gc
func (p *noder) basicLit(lit *syntax.BasicLit) Val {
    case syntax.StringLit:
        if len(s) > 0 && s[0] == '`' {
            // strip carriage returns from raw string
            s = strings.Replace(s, "\r", "", -1)
        }
        // Ignore errors because package syntax already reported them.
        u, _ := strconv.Unquote(s)
        return Val{U: u}

    default:
        panic("unhandled BasicLit kind")
    }
}

不管是 import 語句中包的路徑、結構體中的字段標籤仍是表達式中的字符串都會使用strings.Replace方法將原生字符串中最後的換行符刪除並對字符串 Token 進行 Unquote（strconv.Unquote(s)），也就是去掉字符串兩邊的引號等無關干擾，還原其原本的面目。例如將""hello"" 轉換爲 "hello"

字符串拼接

op操做爲:OADDSTR
常量中的字符串函數會在語法分析階段調用sum函數進行拼接。例如對於"hello"+"world",會在noder.sum函數中完成拼接。

/usr/local/go/src/cmd/compile/internal/gc/noder.go
func (p *noder) sum(x syntax.Expr) *Node {
    for i := len(adds) - 1; i >= 0; i-- {
        add := adds[i]

        r := p.expr(add.Y)
        if Isconst(r, CTSTR) && r.Sym == nil {
            if nstr != nil {
                // Collapse r into nstr instead of adding to n.
                chunks = append(chunks, r.Val().U.(string))
                continue
            }

            nstr = r
            chunks = append(chunks, nstr.Val().U.(string))
        } else {
            if len(chunks) > 1 {
                nstr.SetVal(Val{U: strings.Join(chunks, "")})
            }
            nstr = nil
            chunks = chunks[:0]
        }
        n = p.nod(add, OADD, n, r)
    }
    if len(chunks) > 1 {
        nstr.SetVal(Val{U: strings.Join(chunks, "")})
    }

    return n
}

可是若是是變量之間的拼接,例如對於以下代碼,其拼接操做是在運行時完成的。

    var a = "hello"
    str :=  a + "xxs"

在語法分析階段會作一些準備工做。例如在類型檢查階段typecheck1函數進行賦值和字符串拼接語義。
在walkexpr函數中,還會進行準備工做,決定使用運行時的哪個拼接函數。

go/src/cmd/compile/internal/gc/walk.go
func walkexpr(n *Node, init *Nodes) *Node {
    case OADDSTR:
        n = addstr(n, init)
}

walkexpr函數中調用函數addstr(n, init)
當拼接數量小於等於5個時，會調用運行時concatstring1~concatstring5之中的函數
當字符串的數量大於5個時,調用運行時concatstrings函數,而且字符串經過切片傳入

func addstr(n *Node, init *Nodes) *Node {
    // build list of string arguments
    args := []*Node{buf}
    for _, n2 := range n.List.Slice() {
        args = append(args, conv(n2, types.Types[TSTRING]))
    }

    var fn string
    if c <= 5 {
        // small numbers of strings use direct runtime helpers.
        // note: orderexpr knows this cutoff too.
        fn = fmt.Sprintf("concatstring%d", c)
    } else {
        // large numbers of strings are passed to the runtime as a slice.
        fn = "concatstrings"

        t := types.NewSlice(types.Types[TSTRING])
        slice := nod(OCOMPLIT, nil, typenod(t))
        if prealloc[n] != nil {
            prealloc[slice] = prealloc[n]
        }
        slice.List.Set(args[1:]) // skip buf arg
        args = []*Node{buf, slice}
        slice.Esc = EscNone
    }

    cat := syslook(fn)
    r := nod(OCALL, cat, nil)
    r.List.Set(args)
    r = typecheck(r, ctxExpr)
    r = walkexpr(r, init)
    r.Type = n.Type

    return r
}

運行時字符串string的表示結構爲

type StringHeader struct {
    Data uintptr
    Len  int
}

運行時具體的拼接代碼以下，其實不管使用 concatstring{2,3,4,5} 中的哪個，最終都會調用 runtime.concatstrings，該函數會先對傳入的切片參數進行遍歷，先過濾空字符串並計算拼接後字符串的長度。

/usr/local/go/src/runtime/string.go
func concatstrings(buf *tmpBuf, a []string) string {
    idx := 0
    l := 0
    count := 0
    for i, x := range a {
        n := len(x)
        if n == 0 {
            continue
        }
        if l+n < l {
            throw("string concatenation too long")
        }
        l += n
        count++
        idx = i
    }
    if count == 0 {
        return ""
    }

    // If there is just one string and either it is not on the stack
    // or our result does not escape the calling frame (buf != nil),
    // then we can return that string directly.
    if count == 1 && (buf != nil || !stringDataOnStack(a[idx])) {
        return a[idx]
    }
    s, b := rawstringtmp(buf, l)
    for _, x := range a {
        copy(b, x)
        b = b[len(x):]
    }
    return s
}

func concatstring2(buf *tmpBuf, a [2]string) string {
    return concatstrings(buf, a[:])
}

func concatstring3(buf *tmpBuf, a [3]string) string {
    return concatstrings(buf, a[:])
}

func concatstring4(buf *tmpBuf, a [4]string) string {
    return concatstrings(buf, a[:])
}

func concatstring5(buf *tmpBuf, a [5]string) string {
    return concatstrings(buf, a[:])
}

這裏要注意，若是拼接後的字符串大小小於32字節時,會有一個臨時的緩存供其使用。若是拼接後的字符串大小 大於 32字節時,會請求分配內存。
拼接的過程就是開闢一個足夠大的內存空間，並將多個字符串存入其中的過程。期間會涉及到內存的Copy拷貝

func rawstringtmp(buf *tmpBuf, l int) (s string, b []byte) {
    if buf != nil && l <= len(buf) {
        b = buf[:l]
        s = slicebytetostringtmp(b)
    } else {
        s, b = rawstring(l)
    }
    return
}

字符串與字節數組的轉換

字節數組與字符串相互轉換的形式以下:

    a := "微信:1131052403"
    b := []byte(a)
    c := string(b)

須要注意的是,字節數組與字符串的相互轉換並非無損的簡單的一個指針的差異。而是涉及到了拷貝！所以相對而言,其仍然是消耗資源的。
以下爲字節數組轉換爲字符串

func slicebytetostring(buf *tmpBuf, b []byte) (str string) {
    ...
    var p unsafe.Pointer
    if buf != nil && len(b) <= len(buf) {
        p = unsafe.Pointer(buf)
    } else {
        p = mallocgc(uintptr(len(b)), nil, false)
    }
    stringStructOf(&str).str = p
    stringStructOf(&str).len = len(b)
    memmove(p, (*(*slice)(unsafe.Pointer(&b))).array, uintptr(len(b)))
    return
}

以下爲字符串轉換爲字節數組

func stringtoslicebyte(buf *tmpBuf, s string) []byte {
    var b []byte
    if buf != nil && len(s) <= len(buf) {
        *buf = tmpBuf{}
        b = buf[:len(s)]
    } else {
        b = rawbyteslice(len(s))
    }
    copy(b, s)
    return b
}

總結

本節咱們深刻介紹了字符串,字符常量存儲於靜態存儲區,其內容不能夠被改變。聲明時有單撇號或者是雙引號兩種方法
字符常量的拼接發生在編譯時,變量字符串的拼接發生在運行時。若是拼接後的字符串大小小於32字節時,會有一個臨時的緩存供其使用。若是拼接後的字符串大小 大於 32字節時,會請求分配內存
須要注意的是,字節數組與字符串的相互轉換並非無損的簡單的一個指針的差異。而是涉及到了拷貝！所以相對而言,其仍然是消耗資源的
本文還對編譯時和運行時涉及到的函數進行了具體的說明
see you~

參考資料

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