Go內(nèi)存中的字符串操作

作者：fooree 2021-09-10 08:18:31

內(nèi)存中的字符串類型詳細(xì)描述了字符串在內(nèi)存中的結(jié)構(gòu)及其類型信息。本文主要研究字符串的各種操作(語(yǔ)法糖)，在內(nèi)存中實(shí)際的樣子。

內(nèi)存中的字符串類型詳細(xì)描述了字符串在內(nèi)存中的結(jié)構(gòu)及其類型信息。

本文主要研究字符串的各種操作(語(yǔ)法糖)，在內(nèi)存中實(shí)際的樣子。

環(huán)境

OS : Ubuntu 20.04.2 LTS; x86_64 
Go : go version go1.16.2 linux/amd64

聲明

操作系統(tǒng)、處理器架構(gòu)、Go版本不同，均有可能造成相同的源碼編譯后運(yùn)行時(shí)的寄存器值、內(nèi)存地址、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同。

本文僅保證學(xué)習(xí)過程中的分析數(shù)據(jù)在當(dāng)前環(huán)境下的準(zhǔn)確有效性。

操作類型

比較

相等性比較
不等性比較

連接(相加)

與[]byte的轉(zhuǎn)換

與[]byte的拷貝

代碼清單

package main 
 
import ( 
  "fmt" 
) 
 
func main() { 
  var array [20]byte 
  var s = "copy hello world" 
  string2slice(s) 
  copyString(array[:], s) 
  slice2string(array[:]) 
  compare() 
  concat() 
} 
 
//go:noinline 
func copyString(slice []byte, s string) { 
  copy(slice, s) 
  PrintSlice(slice) 
} 
 
//go:noinline 
func string2slice(s string) { 
  PrintSlice([]byte(s)) 
} 
 
//go:noinline 
func slice2string(slice []byte) { 
  PrintString(string(slice)) 
} 
 
//go:noinline 
func compare() { 
  var h = "hello" 
  var w = "world!" 
  PrintBool(h > w) 
  PrintBool(h < w) 
  PrintBool(h >= w) 
  PrintBool(h <= w) 
  PrintBool(h != w) // PrintBool(true) 
  PrintBool(h == w) // PrintBool(false) 
  PrintBool(testEqual(h, w)) 
  PrintBool(testNotEqual(h, w)) 
} 
 
//go:noinline 
func testEqual(h, w string) bool { 
  return h == w 
} 
 
//go:noinline 
func testNotEqual(h, w string) bool { 
  return h != w 
} 
 
//go:noinline 
func concat() { 
  hello := "hello " 
  world := "world" 
  jack := "Jack" 
  rose := " Rose " 
  lucy := "Lucy" 
  lily := " Lily " 
  ex := "!" 
  PrintString(concat2(hello, world)) 
  PrintString(concat3(hello, jack, ex)) 
  PrintString(concat4(hello, jack, rose, ex)) 
  PrintString(concat5(hello, jack, rose, lucy, lily)) 
  PrintString(concat6(hello, jack, rose, lucy, lily, ex)) 
} 
 
//go:noinline 
func concat2(a, b string) string { 
  return a + b 
} 
 
//go:noinline 
func concat3(a, b, c string) string { 
  return a + b + c 
} 
 
//go:noinline 
func concat4(a, b, c, d string) string { 
  return a + b + c + d 
} 
 
//go:noinline 
func concat5(a, b, c, d, e string) string { 
  return a + b + c + d + e 
} 
 
//go:noinline 
func concat6(a, b, c, d, e, f string) string { 
  return a + b + c + d + e + f 
} 
 
//go:noinline 
func PrintBool(v bool) { 
  fmt.Println("v =", v) 
} 
 
//go:noinline 
func PrintString(v string) { 
  fmt.Println("s =", v) 
} 
 
//go:noinline 
func PrintSlice(s []byte) { 
  fmt.Println("slice =", s) 
}

添加go:noinline注解避免內(nèi)聯(lián)，方便指令分析
定義PrintBool/PrintSlice/PrintString函數(shù)避免編譯器插入runtime.convT*函數(shù)調(diào)用

深入內(nèi)存

字符串轉(zhuǎn)[]byte

代碼清單中的string2slice函數(shù)代碼非常簡(jiǎn)單，用于觀察[]byte(s)具體實(shí)現(xiàn)邏輯，編譯之后指令如下：

可以清晰地看到，我們?cè)诖a中的[]byte(s)，被Go編譯器替換為runtime.stringtoslicebyte函數(shù)調(diào)用。

runtime.stringtoslicebyte函數(shù)定義在runtime/string.go源碼文件中，Go編譯器傳遞給該函數(shù)的buf參數(shù)值為nil。

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 
}

rawbyteslice函數(shù)的功能是申請(qǐng)一塊內(nèi)存用于存儲(chǔ)拷貝后的數(shù)據(jù)。

[]byte轉(zhuǎn)字符串

代碼清單中的slice2string函數(shù)代碼非常簡(jiǎn)單，用于觀察string(slice)具體實(shí)現(xiàn)邏輯，編譯之后指令如下：

可以清晰地看到，我們?cè)诖a中的string(slice)，被Go編譯器替換為runtime.slicebytetostring函數(shù)調(diào)用。

runtime.slicebytetostring函數(shù)定義在runtime/string.go源碼文件中，Go編譯器傳遞給該函數(shù)的buf參數(shù)值為nil。

拷貝字符串到[]byte

代碼清單中的copyString函數(shù)代碼非常簡(jiǎn)單，用于觀察copy(slice, s)具體實(shí)現(xiàn)邏輯，編譯之后指令如下：

這個(gè)邏輯稍微復(fù)雜一點(diǎn)點(diǎn)，將以上指令再次翻譯為Go偽代碼如下：

func copyString(slice reflect.SliceHeader, s reflect.StringHeader) { 
    n := slice.Len 
    if slice.Len > s.Len { 
        n = s.Len 
    } 
    if slice.Data != s.Data { 
        runtime.memmove(slice.Data, s.Data, n) 
    } 
    PrintSlice(*(*[]byte)(unsafe.Pointer(&slice))) 
}

可以看到，Go編譯器在copy(slice, s)這個(gè)簡(jiǎn)單易用語(yǔ)法糖背后做了很多的工作。

經(jīng)過比較，以上偽代碼與runtime/slice.go源碼文件中的slicecopy函數(shù)非常相似，但又不完全一致。