在 Go 語言中，數組（array）和切片（slice）是兩種不同的數據結構，它們在內存分配機制上存在着顯著差異。深入理解這些差異及原理並恰當使用，能夠幫助我們提高代碼的執行效率。
在使用上，由於語法糖的存在，很多初學者對於二者並不敏感。數組的寫法是 [n]int，切片則是 []int，區別僅在於是否在 [] 中體現其長度。
從實現上講，slice 是 array 的一種封裝再實現，將長度不可變的數組，封裝進一個結構體，達到長度可變（擴容）的效果。slice 結構體如下：
// go1.12.6
type slice struct {
array unsafe.Pointer // 指向數組
len int // 數組長度，即當前已利用的長度
cap int // 數組容量，即內存的預分配
}1. 二者在內存方面差異
通過對二者內存的分配、管理和傳參的理解，在開發中，根據實際情況做出更優的選擇，使得程序高效、安全運行。
1.1 核心定義與類型
- 數組：固定長度的同類型元素序列，長度是類型的組成部分（如
[3]int和[4]int是不同類型）。 - 切片：動態長度的、指向底層數組的指針（引用類型），由 (
ptr,len,cap) 三元組組成（ptr 指向底層數組，len 是當前長度，cap 是底層數組容量）。
1.2 內存分配的核心差異
(1) 分配時機與大小
-
數組：
內存大小在編譯期確定，由類型和長度直接決定（總大小 = 元素大小 × 長度）。例如[3]int佔24字節（假設int為8字節）。
分配發生在聲明時：- 若為字面量初始化（如
a := [3]int{1,2,3}），編譯器可能將其分配在棧上（小數組）或堆上（大數組，由逃逸分析決定）。 - 若通過
new([n]T)創建，必然在堆上分配（返回指針）。
- 若為字面量初始化（如
-
切片：
切片本身的結構（ptr,len,cap）是固定大小的（64位系統下佔24字節），但它的底層數組需要動態分配內存。
底層數組的分配時機由切片的創建方式決定：- 字面量初始化（如
s := []int{1,2,3}）：直接分配底層數組（長度等於容量），切片頭指向該數組。 - 使用
make([]T, len, cap)：顯式指定長度和容量，分配底層數組（容量 ≥ 長度）。 - 空切片（如
var s []int或s := make([]int, 0)）：初始時底層數組為 nil，無實際內存分配，直到首次賦值或append時觸發分配。
- 字面量初始化（如
(2) 內存可變性
- 數組：
內存大小不可變，聲明後長度和容量（長度即容量）固定，無法擴容或縮容。若需調整長度，必須創建新數組並複製數據。 - 切片：
底層數組可動態擴容。當通過append添加元素超過當前容量時，Go 會自動分配一個更大的新底層數組（通常按原容量的2倍擴容，容量較大時可能按1.25倍），將舊數據複製到新數組，並更新切片的ptr和cap。舊底層數組若未被其他切片引用，會被垃圾回收。
(3) 內存共享與引用
- 數組：
數組是值類型，賦值或傳參時會複製整個數組（內存拷貝）。因此，兩個不同的數組變量即使元素相同，內存地址也不同。 - 切片：
切片是引用類型，賦值或傳參時僅複製切片頭（ptr,len,cap），底層數組被多個切片共享。修改任一切片的元素（如s[i] = x）會影響所有共享該底層數組的切片。
1.3 傳參機制的差異
在 Go 語言中，所有參數傳遞都是值傳遞，即便是參數為指針，也依然伴隨着 copy，只不過給指針創建副本的代價是固定的(8 字節)，不會因為數據的大小而產生變化。
因此，也不存在引用傳遞這個概念，從其他語言(C++)轉型過來的朋友，尤其要注意。
- 數組傳參：（複製整個數組）
數組是值類型，當作為參數傳遞給函數時，Go 會完整複製整個數組的內存（即創建一個新的同類型數組，並將原數組的所有元素逐一拷貝到新數組中）。
例如，傳遞一個長度為N的[N]int數組時，複製的字節數為N * sizeof(int)（假設int佔8字節，則複製8N字節）。 - 切片傳參：（複製切片頭)
切片是引用類型，其本質是一個包含ptr（底層數組指針）、len（長度）、cap（容量）的結構體（64位系統下佔24字節）。當切片作為參數傳遞時，Go僅複製這個結構體的副本（即複製24字節），不會複製底層數組。
切片的傳參開銷是固定的（24 字節），與底層數組的長度無關；而數組的傳參開銷隨長度線性增長（8N 字節）。當數組很長時，切片傳參的效率遠高於數組（因複製開銷僅 24 字節 vs 數組的 8*N 字節）。
因此，在需要處理大數據或動態調整長度的場景下，應優先使用切片；在需要嚴格值語義且數組較小時，則考慮使用數組。
另外，Go 編譯器會對小數組（通常長度較小，如 [3]int）進行優化：若數組在函數調用中未被修改，可能直接通過指針訪問原數組（避免複製）。但對於大數組，這種優化無法生效，必須完整複製。
2. Slice的長度與容量
Slice 的核心特性由兩個關鍵屬性定義：長度（Length，len）和容量（Capacity，cap）。它們共同決定了 Slice 的行為（如能否追加元素、是否共享底層數組等）
- 長度（
len）
len是Slice中當前有效元素的數量（即“已使用的元素個數”）。它是Slice的“可見範圍”，訪問超出len的索引會觸發panic（越界錯誤）。 - 容量（cap）
cap是Slice底層數組從Slice起始位置到數組末尾的元素總數（即“底層數組可用的最大元素個數”）。它決定了Slice能容納的最大長度（無需擴容）。
3. Slice 的截取與擴容
通過對 slice 截取與擴容的深入理解，幫助我們在開發中把控數據截取修改的安全性，以及降低數據擴容的頻次，提高執行效率。
3.1 截取（Slicing）
Slice 的截取（Slicing）是其核心特性之一，允許從一個已有的 Slice 或數組中創建一個新的 Slice，新 Slice 與原數據共享底層數組的部分元素。理解截取機制有助於高效處理數組子集、避免數據複製，並正確管理內存共享。
截取的語法與基本概念
Slice 的截取通過 [low:high] 語法實現，其中：
low：起始索引（包含），表示新Slice從原數據的第low個元素開始。high：結束索引（不包含），表示新Slice到原數據的第high個元素結束（不包含該元素）。
新 Slice 的長度（Len）為 high - low，容量（Cap）為原 Slice 的容量（Cap）減去 low（即底層數組從 low 到末尾的可用空間）。
截取的底層邏輯
Slice 的本質是 (ptr, len, cap) 三元組，截取操作的本質是創建一個新的 Slice 頭，其 ptr 指向原底層數組的 low 位置，len 為 high - low，cap 為原 cap - low。
關鍵特點：
- 截取不會複製底層數組的元素，僅複製
Slice頭（24字節），因此時間複雜度為O(1)，效率極高。 - 新
Slice與原數據共享底層數組，修改其中一個的元素會直接影響另一個（除非底層數組被重新分配，擴容）。
3.2 擴容（Growth）
Slice 的擴容（Growth）是其動態調整容量的核心機制，用於解決因元素追加（append）導致容量不足的問題。擴容的本質是分配新的底層數組，並將舊數據複製到新數組中，從而擴展 Slice 的容量。理解擴容邏輯有助於：
- 預判內存分配行為，優化性能（如預分配容量）。
- 避免因共享底層數組導致的意外修改。
- 合理使用 append，減少不必要的內存複製。
擴容觸發條件
Slice 的擴容僅在通過 append 追加元素時觸發，噹噹前容量（cap）不足以容納新元素的總數量（即 len(s) + n，n 為追加的元素數量）時，必須觸發擴容。
- 擴容策略：小數組 vs 大數組
Go 的擴容策略根據原容量的大小分為兩種模式，目的是平衡內存利用率和複製效率： - 小數組（原容量較小）：2 倍擴容
若原容量（oldCap）較小（通常指oldCap ≤ 512），擴容後的新容量（newCap）為原容量的2倍。
因為，小數組擴容頻率高，2倍擴容可減少未來可能的多次擴容操作，降低整體複製成本。
注：在go1.17的版本中，閾值是1024，而非512。 - 大數組（原容量較大）：
1.65~1.25倍擴容
若原容量（oldCap）較大（通常指oldCap > 1024），擴容後的新容量為原容量的1.65 ~ 1.25倍，隨着容量變大，這個係數逐漸減小。
因為，大數組擴容頻率低，1.N倍擴容可避免內存過度浪費（2倍可能導致大量內存閒置）。
注：在go1.17的版本中，是持續1.25倍擴容，後面的版本優化為從1.65遞減。 - 極端情況：直接滿足需求容量
若通過 append 顯式指定了足夠大的容量（如append(s, make([]T, 1000)...)），或擴容後的 newCap 超過上述策略的計算值，則直接使用所需的最小容量（newLen）。
擴容的底層實現（growslice 函數)
Go 的擴容邏輯由運行時（runtime 包）的 growslice 函數實現,核心步驟如下：
- 計算新容量
根據原容量（oldCap）和需要的最小容量（newLen），確定新容量（newCap）： - 分配新底層數組
調用mallocgc函數為新容量（newCap）分配內存，內存大小為newCap* 元素大小（et.size）。 - 複製舊數據到新數組
使用 memmove 函數將舊底層數組的元素（old.Data到old.Data+old.Len* 元素大小）複製到新數組的起始位置。 - 更新 Slice 頭
返回一個新的sliceHeader，其ptr指向新數組，len為newLen（len(s) + n），cap為newCap。
注意事項
-
擴容後原
Slice不受影響
擴容會生成一個新的底層數組，原Slice仍指向舊數組（除非原Slice被重新賦值）。例如：s1 := []int{1, 2, 3} s2 := s1 // s2 與 s1 共享底層數組 s1 = append(s1, 4) // s1 擴容，指向新數組 fmt.Println(s2) // 輸出 [1 2 3]（s2 仍指向舊數組） - 擴容的內存分配位置
新底層數組始終分配在堆上（即使原Slice是棧上的），因為Slice可能被外部引用（如返回給其他函數），生命週期需延長至堆級別。運行時的逃逸分析會確保擴容後的數組逃逸到堆。另外，容量過大的Slice也必然會被分配到堆上，以防止棧溢出，目前棧的內存一般為2MB。 - 複製成本與性能優化
小數組的2倍擴容雖然會增加單次複製成本，但減少了未來擴容次數（如從3→6→12，僅需兩次擴容即可支持12個元素）。
大數組的1.65倍擴容平衡了內存利用率和複製成本（如從512→848，僅增加336個元素空間）。 -
避免頻繁擴容
在已知需要大量元素時，可通過 make 預分配足夠的容量，減少擴容次數：// 預分配容量為 1000 的 Slice（避免多次擴容） s := make([]int, 0, 1000) for i := 0; i < 1000; i++ { s = append(s, i) // 不會觸發擴容，直接填充預分配的空間 }
關於擴容係數的調整，詳細信息可以查看這個 commit。
