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golang数组内存分配原理

来源：脚本之家 2023-01-10 09:51:57 0浏览收藏

本篇文章给大家分享《golang数组内存分配原理》，覆盖了Golang的常见基础知识，其实一个语言的全部知识点一篇文章是不可能说完的，但希望通过这些问题，让读者对自己的掌握程度有一定的认识(B 数)，从而弥补自己的不足，更好的掌握它。

编译时数组类型解析

ArrayType

数组是内存中一片连续的区域，在声明时需要指定长度，数组的声明有如下三种方式，[...]的方式在编译时会自动推断长度。

var arr1 [3]int
var arr2 = [3]int{1,2,3}
arr3 := [...]int{1,2,3}

在词法及语法解析时，上述三种方式声明的数组会被解析为ArrayType, 当遇到[...]的声明时，其长度会被标记为nil，将在后续阶段进行自动推断。

// go/src/cmd/compile/internal/syntax/parser.go
func (p *parser) typeOrNil() Expr {
  ...
    pos := p.pos()
    switch p.tok {
    ...
    case _Lbrack:
        // '[' oexpr ']' ntype
        // '[' _DotDotDot ']' ntype
        p.next()
        if p.got(_Rbrack) {
            return p.sliceType(pos)
        }
        return p.arrayType(pos, nil)
  ...
}
// "[" has already been consumed, and pos is its position.
// If len != nil it is the already consumed array length.
func (p *parser) arrayType(pos Pos, len Expr) Expr {
    ...
    if len == nil && !p.got(_DotDotDot) {
        p.xnest++
        len = p.expr()
        p.xnest--
    }
    ...
    p.want(_Rbrack)
    t := new(ArrayType)
    t.pos = pos
    t.Len = len
    t.Elem = p.type_()
    return t
}

// go/src/cmd/compile/internal/syntax/nodes.go
type (
  ...
    // [Len]Elem
    ArrayType struct {
        Len  Expr // nil means Len is ...
        Elem Expr
        expr
    }
  ...
)

types2.Array

在对生成的表达式进行类型检查时，如果是ArrayType类型，且其长度Len为nil时，会初始化一个types2.Array并将其长度标记为-1，然后通过check.indexedElts(e.ElemList, utyp.elem, utyp.len)返回数组长度n并赋值给Len，完成自动推断。

// go/src/cmd/compile/internal/types2/array.go
// An Array represents an array type.
type Array struct {
    len  int64
    elem Type
}

// go/src/cmd/compile/internal/types2/expr.go
// exprInternal contains the core of type checking of expressions.
// Must only be called by rawExpr.
func (check *Checker) exprInternal(x *operand, e syntax.Expr, hint Type) exprKind {
    ...
    switch e := e.(type) {
    ...
    case *syntax.CompositeLit:
        var typ, base Type

        switch {
        case e.Type != nil:
            // composite literal type present - use it
            // [...]T array types may only appear with composite literals.
            // Check for them here so we don't have to handle ... in general.
            if atyp, _ := e.Type.(*syntax.ArrayType); atyp != nil && atyp.Len == nil {
                // We have an "open" [...]T array type.
                // Create a new ArrayType with unknown length (-1)
                // and finish setting it up after analyzing the literal.
                typ = &Array{len: -1, elem: check.varType(atyp.Elem)}
                base = typ
                break
            }
            typ = check.typ(e.Type)
            base = typ
      ...
        }

        switch utyp := coreType(base).(type) {
        ...
        case *Array:
            if utyp.elem == nil {
                check.error(e, "illegal cycle in type declaration")
                goto Error
            }
            n := check.indexedElts(e.ElemList, utyp.elem, utyp.len)
            // If we have an array of unknown length (usually [...]T arrays, but also
            // arrays [n]T where n is invalid) set the length now that we know it and
            // record the type for the array (usually done by check.typ which is not
            // called for [...]T). We handle [...]T arrays and arrays with invalid
            // length the same here because it makes sense to "guess" the length for
            // the latter if we have a composite literal; e.g. for [n]int{1, 2, 3}
            // where n is invalid for some reason, it seems fair to assume it should
            // be 3 (see also Checked.arrayLength and issue #27346).
            if utyp.len 
types.Array
在生成中间结果时，types2.Array最终会通过types.NewArray()转换成types.Array类型。
// go/src/cmd/compile/internal/noder/types.go
// typ0 converts a types2.Type to a types.Type, but doesn't do the caching check
// at the top level.
func (g *irgen) typ0(typ types2.Type) *types.Type {
    switch typ := typ.(type) {
    ...
    case *types2.Array:
        return types.NewArray(g.typ1(typ.Elem()), typ.Len())
    ...
}
// go/src/cmd/compile/internal/types/type.go
// Array contains Type fields specific to array types.
type Array struct {
    Elem  *Type // element type
    Bound int64 // number of elements; 
编译时数组字面量初始化
数组类型解析可以得到数组元素的类型Elem以及数组长度Bound,而数组字面量的初始化是在编译时类型检查阶段完成的，通过函数tcComplit -> typecheckarraylit循环字面量分别进行赋值。
// go/src/cmd/compile/internal/typecheck/expr.go
func tcCompLit(n *ir.CompLitExpr) (res ir.Node) {
    ...
    t := n.Type()
    base.AssertfAt(t != nil, n.Pos(), "missing type in composite literal")

    switch t.Kind() {
    ...
    case types.TARRAY:
        typecheckarraylit(t.Elem(), t.NumElem(), n.List, "array literal")
        n.SetOp(ir.OARRAYLIT)
    ...

    return n
}
// go/src/cmd/compile/internal/typecheck/typecheck.go
// typecheckarraylit type-checks a sequence of slice/array literal elements.
func typecheckarraylit(elemType *types.Type, bound int64, elts []ir.Node, ctx string) int64 {
    ...
    for i, elt := range elts {
        ir.SetPos(elt)
        r := elts[i]
        ...
        r = Expr(r)
        r = AssignConv(r, elemType, ctx)
        ...
}
编译时数组索引越界检查
在对数组进行索引访问时，如果访问越界在编译时就无法通过检查。
例如:
arr := [...]string{"s1", "s2", "s3"}
e3 := arr[3]
// invalid array index 3 (out of bounds for 3-element array)
数组在类型检查阶段会对访问数组的索引进行验证:
// go/src/cmd/compile/internal/typecheck/typecheck.go
func typecheck1(n ir.Node, top int) ir.Node {
  ...
    switch n.Op() {
  ...
  case ir.OINDEX:
        n := n.(*ir.IndexExpr)
        return tcIndex(n)
  ...
  }
}
// go/src/cmd/compile/internal/typecheck/expr.go
func tcIndex(n *ir.IndexExpr) ir.Node {
    ...
    l := n.X
    n.Index = Expr(n.Index)
    r := n.Index
    t := l.Type()
    ...
    switch t.Kind() {
    ...
    case types.TSTRING, types.TARRAY, types.TSLICE:
        n.Index = indexlit(n.Index)
        if t.IsString() {
            n.SetType(types.ByteType)
        } else {
            n.SetType(t.Elem())
        }
        why := "string"
        if t.IsArray() {
            why = "array"
        } else if t.IsSlice() {
            why = "slice"
        }
        if n.Index.Type() != nil && !n.Index.Type().IsInteger() {
            base.Errorf("non-integer %s index %v", why, n.Index)
            return n
        }
        if !n.Bounded() && ir.IsConst(n.Index, constant.Int) {
            x := n.Index.Val()
            if constant.Sign(x) 
运行时数组内存分配
数组是内存区域一块连续的存储空间。在运行时会通过mallocgc给数组分配具体的存储空间。newarray中如果数组元素刚好只有一个，则空间大小为元素类型的大小typ.size， 如果有多个元素则内存大小为n*typ.size。但这并不是实际分配的内存大小，实际分配多少内存，取决于mallocgc，涉及到golang的内存分配原理。但可以看到如果待分配的对象不超过32kb,mallocgc会直接将其分配在缓存空间中，如果大于32kb则直接从堆区分配内存空间。
// go/src/runtime/malloc.go
// newarray allocates an array of n elements of type typ.
func newarray(typ *_type, n int) unsafe.Pointer {
    if n == 1 {
        return mallocgc(typ.size, typ, true)
    }
    mem, overflow := math.MulUintptr(typ.size, uintptr(n))
    if overflow || mem > maxAlloc || n  32 kB) are allocated straight from the heap.
func mallocgc(size uintptr, typ *_type, needzero bool) unsafe.Pointer {
    ...
}
总结
数组在编译阶段最终被解析为types.Array类型，包含元素类型Elem和数组长度Bound
type Array struct {
  Elem  *Type // element type
  Bound int64 // number of elements;