虽然数组类型是 Go 语言中最基础的复合数据类型,但是在使用中它也会有一些问题。数组类型变量是一个整体,这就意味着一个数组变量表示的是整个数组。这点与 C 语言完全不同,在 C 语言中,数组变量可视为指向数组第一个元素的指针。这样一来,无论是参与迭代,还是作为实际参数传给一个函数 / 方法,Go 传递数组的方式都是纯粹的值拷贝,这会带来较大的内存拷贝开销。
Go 语言为我们提供了一种更为灵活、更为地道的方式 ,切片,来解决这个问题。
数组作为最基本同构类型在 Go 语言中被保留了下来,但数组在使用上确有两点不足:固定的元素个数,以及传值机制下导致的开销较大。于是 Go 设计者们又引入了另外一种同构复合类型:切片(slice),来弥补数组的这两处不足。
切片和数组就像两个一母同胞的亲兄弟,长得像,但又各有各的行为特点。我们可以先声明并初始化一个切片变量看看:
var nums = []int{1, 2, 3, 4, 5, 6}
我们看到与数组声明相比,切片声明仅仅是少了一个“长度”属性。去掉“长度”这一束缚后,切片展现出更为灵活的特性,虽然不需要像数组那样在声明时指定长度,但切片也有自己的长度,只不过这个长度不是固定的,而是随着切片中元素个数的变化而变化的。我们可以通过 len 函数获得切片类型变量的长度,比如上面那个切片变量的长度就是 6:
fmt.Println(len(nums)) // 6
而且,通过 Go 内置函数 append,我们可以动态地向切片中添加元素。当然,添加后切片的长度也就随之发生了变化,如下面代码所示:
nums = append(nums, 7) // 切片变为[1 2 3 4 5 6 7]
fmt.Println(len(nums)) // 7
Go 是如何实现切片类型的?
Go 切片在运行时其实是一个三元组结构,它在 Go 运行时中的表示如下:
type slice struct {
array unsafe.Pointer
len int
cap int
}
我们可以看到,每个切片包含三个字段:
array: 是指向底层数组的指针;
len: 是切片的长度,即切片中当前元素的个数;
cap: 是底层数组的长度,也是切片的最大容量,cap 值永远大于等于 len 值。
如果我们用这个三元组结构表示切片类型变量 nums,会是这样:

Go 编译器会自动为每个新创建的切片,建立一个底层数组,默认底层数组的长度与切片初始元素个数相同。我们还可以用以下几种方法创建切片,并指定它底层数组的长度。
方法一:通过 make 函数来创建切片,并指定底层数组的长度。我们直接看下面这行代码:
sl := make([]byte, 6, 10) // 其中10为cap值,即底层数组长度,6为切片的初始长度
如果没有在 make 中指定 cap 参数,那么底层数组长度 cap 就等于 len,比如:
sl := make([]byte, 6) // cap = len = 6
到这里,你肯定会有一个问题,为什么上面图中 nums 切片的底层数组长度为 12,而不是初始的 len 值 6 呢?
方法二:采用 array[low : high : max]语法基于一个已存在的数组创建切片。这种方式被称为数组的切片化,比如下面代码:
arr := [10]int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}
sl := arr[3:7:9]
我们基于数组 arr 创建了一个切片 sl,这个切片 sl 在运行时中的表示是这样:

我们看到,基于数组创建的切片,它的起始元素从 low 所标识的下标值开始,切片的长度(len)是 high - low,它的容量是 max - low。而且,由于切片 sl 的底层数组就是数组 arr,对切片 sl 中元素的修改将直接影响数组 arr 变量。比如,如果我们将切片的第一个元素加 10,那么数组 arr 的第四个元素将变为 14:
sl[0] += 10
fmt.Println("arr[3] =", arr[3]) // 14
切片好比打开了一个访问与修改数组的“窗口”,通过这个窗口,我们可以直接操作底层数组中的部分元素。这有些类似于我们操作文件之前打开的“文件描述符”(Windows 上称为句柄),通过文件描述符我们可以对底层的真实文件进行相关操作。可以说,切片之于数组就像是文件描述符之于文件。
在 Go 语言中,数组更多是“退居幕后”,承担的是底层存储空间的角色。切片就是数组的“描述符”,也正是因为这一特性,切片才能在函数参数传递时避免较大性能开销。因为我们传递的并不是数组本身,而是数组的“描述符”,而这个描述符的大小是固定的(见上面的三元组结构),无论底层的数组有多大,切片打开的“窗口”长度有多长,它都是不变的。此外,我们在进行数组切片化的时候,通常省略 max,而 max 的默认值为数组的长度。
针对一个已存在的数组,我们还可以建立多个操作数组的切片,这些切片共享同一底层数组,切片对底层数组的操作也同样会反映到其他切片中。下面是为数组 arr 建立的两个切片的内存表示:

我们看到,上图中的两个切片 sl1 和 sl2 是数组 arr 的“描述符”,这样的情况下,无论我们通过哪个切片对数组进行的修改操作,都会反映到另一个切片中。比如,将 sl2[2]置为 14,那么 sl1[0]也会变成 14,因为 sl2[2]直接操作的是底层数组 arr 的第四个元素 arr[3]。
方法三:基于切片创建切片。
这种切片的运行时表示原理与上面的是一样的。
切片的动态扩容
“动态扩容”指的就是,当我们通过 append 操作向切片追加数据的时候,如果这时切片的 len 值和 cap 值是相等的,也就是说切片底层数组已经没有空闲空间再来存储追加的值了,Go 运行时就会对这个切片做扩容操作,来保证切片始终能存储下追加的新值(前面的切片变量 nums 之所以可以存储下新追加的值,就是因为 Go 对其进行了动态扩容,也就是重新分配了其底层数组,从一个长度为 6 的数组变成了一个长为 12 的数组)。
var s []int
s = append(s, 11)
fmt.Println(len(s), cap(s)) //1 1
s = append(s, 12)
fmt.Println(len(s), cap(s)) //2 2
s = append(s, 13)
fmt.Println(len(s), cap(s)) //3 4
s = append(s, 14)
fmt.Println(len(s), cap(s)) //4 4
s = append(s, 15)
fmt.Println(len(s), cap(s)) //5 8
我们看到,append 会根据切片对底层数组容量的需求,对底层数组进行动态调整。
最开始,s 初值为零值(nil),这个时候 s 没有“绑定”底层数组。我们先通过 append 操作向切片 s 添加一个元素 11,这个时候,append 会先分配底层数组 u1(数组长度 1),然后将 s 内部表示中的 array 指向 u1,并设置 len = 1, cap = 1;
接着,我们通过 append 操作向切片 s 再添加第二个元素 12,这个时候 len(s) = 1,cap(s) = 1,append 判断底层数组剩余空间已经不能够满足添加新元素的要求了,于是它就创建了一个新的底层数组 u2,长度为 2(u1 数组长度的 2 倍),并把 u1 中的元素拷贝到 u2 中,最后将 s 内部表示中的 array 指向 u2,并设置 len = 2, cap = 2;
然后,第三步,我们通过 append 操作向切片 s 添加了第三个元素 13,这时 len(s) = 2,cap(s) = 2,append 判断底层数组剩余空间不能满足添加新元素的要求了,于是又创建了一个新的底层数组 u3,长度为 4(u2 数组长度的 2 倍),并把 u2 中的元素拷贝到 u3 中,最后把 s 内部表示中的 array 指向 u3,并设置 len = 3, cap 为 u3 数组长度,也就是 4 ;
第四步,我们依然通过 append 操作向切片 s 添加第四个元素 14,此时 len(s) = 3, cap(s) = 4,append 判断底层数组剩余空间可以满足添加新元素的要求,所以就把 14 放在下一个元素的位置 (数组 u3 末尾),并把 s 内部表示中的 len 加 1,变为 4;
第五步又通过 append 操作,向切片 s 添加最后一个元素 15,这时 len(s) = 4,cap(s) = 4,append 判断底层数组剩余空间又不够了,于是创建了一个新的底层数组 u4,长度为 8(u3 数组长度的 2 倍),并将 u3 中的元素拷贝到 u4 中,最后将 s 内部表示中的 array 指向 u4,并设置 len = 5, cap 为 u4 数组长度,也就是 8。
我们看到,append 会根据切片的需要,在当前底层数组容量无法满足的情况下,动态分配新的数组,新数组长度会按一定规律扩展。在上面这段代码中,针对元素是 int 型的数组,新数组的容量是当前数组的 2 倍。新数组建立后,append 会把旧数组中的数据拷贝到新数组中,之后新数组便成为了切片的底层数组,旧数组会被垃圾回收掉。