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memory-management - 在 Go 中使用 append 进行前置的机制是什么？

coder 2023-06-26 原文

假设我有一个 slice slice类型 int .在声明时，我将第三个参数设置为 size ，我相信它至少为 size 保留了内存ints 通过设置 cap slice 的参数。

slice:=make([]int,0,size)

现在，假设我有一个整数变量 value .要将其添加到最后的 slice 中，我使用
slice=append(slice,value)

如果当前 slice 中的元素数小于 size ，则无需将整个底层数组复制到新位置以添加新元素。

此外，如果我想添加 value至 slice ，如建议 here和 here ， 我用
slice=append([]int{value},slice...)

我的问题是，在这种情况下会发生什么？如果元素数量仍然小于size ，元素是如何存储在内存中的？假设连续分配时 make()函数被调用，是否所有现有元素都右移以释放第一个空间值？还是重新分配内存并复制所有元素？

询问的原因是我希望我的程序尽可能快，并且想知道这是否是减慢它的可能原因。如果是这样，是否有任何替代方法可以更节省时间？

最佳答案

通过重新 slice 和复制

内置 append() 总是将元素 append 到 slice 。您不能(单独)使用它来添加元素。

话虽如此，如果您的 slice 容量大于长度(其元素后有“空闲”空间)并希望在其中添加元素，则可以重新 slice 原始 slice ，将所有元素复制到一个更高的索引以腾出空间对于新元素，然后将该元素设置为第 0 个索引。这将不需要新的分配。这是它的样子:

func prepend(dest []int, value int) []int {
    if cap(dest) > len(dest) {
        dest = dest[:len(dest)+1]
        copy(dest[1:], dest)
        dest[0] = value
        return dest
    }

    // No room, new slice need to be allocated:
    // Use some extra space for future:
    res := make([]int, len(dest)+1, len(dest)+5)
    res[0] = value
    copy(res[1:], dest)
    return res
}

测试它:
s := make([]int, 0, 5)
s = append(s, 1, 2, 3, 4)
fmt.Println(s)
s = prepend(s, 9)
fmt.Println(s)
s = prepend(s, 8)
fmt.Println(s)

输出(在 Go Playground 上试试):
[1 2 3 4]
[9 1 2 3 4]
[8 9 1 2 3 4]

注意:如果没有新元素的空间，因为性能现在很重要，我们不只是做:
res := append([]int{value}, dest...)

因为它进行了比需要更多的分配和复制:为文字( []int{value} )分配一个 slice ，然后是 append()追加时分配一个新的 dest到它。

相反，我们的解决方案只分配一个新数组(通过 make()，甚至为 future 增长保留一些空间)，然后设置 value作为第一个元素并复制 dest (前面的元素)。

带链表

如果您需要多次添加，普通 slice 可能不是正确的选择。更快的替代方法是使用链表，在该链表中添加元素不需要分配 slice/数组和复制，您只需创建一个新的节点元素，然后通过将其指向旧的根(第一个元素)。

标准库在 container/list 中提供了通用实现。包裹。

手动管理更大的后备阵列

坚持使用普通 slice 和数组，还有另一种解决方案。

如果您愿意自己管理更大的后备数组(或 slice )，则可以通过在使用的 slice 之前留出可用空间来实现。预置时，您可以从支持的较大数组或 slice 中创建一个新的 slice 值，该值从一个索引开始，为 1 个要预置的元素留出空间。

不完整，仅作演示:
var backing = make([]int, 15) // 15 elements
var start int

func prepend(dest []int, value int) []int {
    if start == 0 {
        // No more room for new value, must allocate bigger backing array:
        newbacking := make([]int, len(backing)+5)
        start = 5
        copy(newbacking[5:], backing)
        backing = newbacking
    }

    start--
    dest = backing[start : start+len(dest)+1]
    dest[0] = value
    return dest
}

测试/使用它:
start = 5
s := backing[start:start] // empty slice, starting at idx=5
s = append(s, 1, 2, 3, 4)
fmt.Println(s)
s = prepend(s, 9)
fmt.Println(s)
s = prepend(s, 8)
fmt.Println(s)

// Prepend more to test reallocation:
for i := 10; i < 15; i++ {
    s = prepend(s, i)
}
fmt.Println(s)

输出(在 Go Playground 上试试):
[1 2 3 4]
[9 1 2 3 4]
[8 9 1 2 3 4]
[14 13 12 11 10 8 9 1 2 3 4]

分析:当backing有空间时，此方案不分配也不复制。 slice 以添加值! 所发生的一切就是从 backing 创建一个新 slice 覆盖目标 +1 空间的 slice ，用于要预先添加的值，设置它并返回此 slice 值。你真的不能比这更好了。

如果没有空间，则分配更大的backing slice ，复制旧内容，然后进行“正常”前置。

使用棘手的 slice

想法:想象一下你总是以倒序将元素存储在 slice 中。

在 slice 中以向后的顺序存储元素意味着 prepand 变为 append!

所以要“预加”一个元素，你可以简单地使用 append(s, value) .就这样。

是的，这有其有限的用途(例如， append 到以相反顺序存储的 slice 具有与“正常” slice 和前置操作相同的问题和复杂性)，并且您失去了许多便利(使用 for range 列出元素的能力只是为了命名一个)，但在性能方面没有什么比仅使用 append() 预先准备一个值更好的了.

注意:迭代以向后顺序存储元素的元素必须使用向下循环，例如:
for i := len(s) - 1; i >= 0; i-- {
    // do something with s[i]
}

最后一点:所有这些解决方案都可以很容易地扩展为预先添加一个 slice 而不仅仅是一个值。一般重新 slice 时的额外空间不是+1但是 +len(values) ，而不是简单地设置 dst[0] = value而是调用 copy(dst, values) .

关于memory-management - 在 Go 中使用 append 进行前置的机制是什么？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/41914386/

memory-managementmanagementcodeslicebrgoappendprepend

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