Go 处理大数组使用 for range 和 for 循环的区别

在Golang实战开发的过程中，我们经常会遇到一些这样那样的问题，然后要卡好半天，等问题解决了才发现原来一些细节知识点还是没有掌握好。今天golang学习网就整理分享《Go 处理大数组使用 for range 和 for 循环的区别》，聊聊处理、循环、for、range，希望可以帮助到正在努力赚钱的你。

前言：

对于遍历大数组而言， for 循环能比 for range 循环更高效与稳定，这一点在数组元素为结构体类型更加明显。

我们知道，Go 的语法比较简洁。它并不提供类似 C 支持的 while、do...while 等循环控制语法，而仅保留了一种语句，即 for 循环。

for i := 0; i 
<p>但是，经典的三段式循环语句，需要获取迭代对象的长度 n。鉴于此，为了更方便 Go 开发者对复合数据类型进行迭代，例如 array、slice、channel、map，Go 提供了 for 循环的变体，即 for range 循环。</p>
<h2>副本复制问题</h2>
<p>range 在带来便利的同时，也给 Go 初学者带来了一些麻烦。因为使用者需要明白一点：for range 中，参与循环表达式的只是对象的副本。</p>
<pre class="brush:go;">func main() {
    var a = [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
    var r [5]int
    fmt.Println("original a =", a)
    for i, v := range a {
        if i == 0 {
            a[1] = 12
            a[2] = 13
        }
        r[i] = v
    }
    fmt.Println("after for range loop, r =", r)
    fmt.Println("after for range loop, a =", a)
}

你认为这段代码会输出以下结果吗?

original a = [1 2 3 4 5]
after for range loop, r = [1 12 13 4 5]
after for range loop, a = [1 12 13 4 5]

但是，实际输出是；

original a = [1 2 3 4 5]
after for range loop, r = [1 2 3 4 5]
after for range loop, a = [1 12 13 4 5]

为什么会这样?原因是参与 for range 循环是 range 表达式的副本。也就是说，在上面的例子中，实际上参与循环的是 a 的副本，而不是真正的 a。

为了让大家更容易理解，我们把上面例子中的 for range 循环改写成等效的伪代码形式。

for i, v := range ac { //ac is a value copy of a
    if i == 0 {
        a[1] = 12
        a[2] = 13
    }
    r[i] = v
}

ac 是 Go 临时分配的连续字节序列，与 a 根本不是同一块内存空间。因此，无论 a 如何修改，它参与循环的副本 ac 仍然保持原始值，因此从 ac 中取出的 v 也依然是 a 的原始值，而不是修改后的值。

那么，问题来了，既然 for range 使用的是副本数据，那 for range 会比经典的 for 循环消耗更多的资源并且性能更差吗?

性能对比

基于副本复制问题，我们先使用基准示例来验证一下：对于大型数组，for range 是否一定比经典的 for 循环运行得慢?

package main
import "testing"
func BenchmarkClassicForLoopIntArray(b *testing.B) {
 b.ReportAllocs()
 var arr [100000]int
 for i := 0; i 
<p>在这个例子中，我们使用 for 循环和 for range 分别遍历一个包含 10 万个 int 类型元素的数组。让我们看看基准测试的结果。</p>
<blockquote><p>$ go test -bench . forRange1_test.go <br>goos: darwin<br>goarch: amd64<br>cpu: Intel(R) Core(TM) i5-8279U CPU @ 2.40GHz<br>BenchmarkClassicForLoopIntArray-8          47404             25486 ns/op               0 B/op          0 allocs/op<br>BenchmarkForRangeIntArray-8                37142             31691 ns/op               0 B/op          0 allocs/op<br>PASS<br>ok      command-line-arguments  2.978s</p></blockquote>
<p>从输出结果可以看出，for range 的确会稍劣于 for 循环，当然这其中包含了编译器级别优化的结果(通常是静态单赋值，或者 SSA 链接)。</p>
<p>让我们关闭优化开关，再次运行压力测试。</p>
<blockquote><p> $ go test -c -gcflags '-N -l' . -o forRange1.test<br> $ ./forRange1.test -test.bench .<br> goos: darwin<br>goarch: amd64<br>pkg: workspace/example/forRange<br>cpu: Intel(R) Core(TM) i5-8279U CPU @ 2.40GHz<br>BenchmarkClassicForLoopIntArray-8           6734            175319 ns/op               0 B/op          0 allocs/op<br>BenchmarkForRangeIntArray-8                 5178            242977 ns/op               0 B/op          0 allocs/op<br>PASS</p></blockquote>
<p>当没有编译器优化时，两种循环的性能都明显下降， for range 下降得更为明显，性能也更加比经典 for 循环差。</p>
<h2>遍历结构体数组</h2>
<p>上述性能测试中，我们的遍历对象类型是 int 值的数组，如果我们将 int 元素改为结构体会怎么样?for 和 for range 循环各自表现又会如何?</p>
<pre class="brush:go;">package main
import "testing"
type U5 struct {
 a, b, c, d, e int
}
type U4 struct {
 a, b, c, d int
}
type U3 struct {
 b, c, d int
}
type U2 struct {
 c, d int
}
type U1 struct {
 d int
}

func BenchmarkClassicForLoopLargeStructArrayU5(b *testing.B) {
 b.ReportAllocs()
 var arr [100000]U5
 for i := 0; i 
<p>在这个例子中，我们定义了 5 种类型的结构体：U1~U5，它们的区别在于包含的 int 类型字段的数量。</p>
<p><strong>性能测试结果如下：</strong></p>
<blockquote><p> $ go test -bench . forRange2_test.go<br>goos: darwin<br>goarch: amd64<br>cpu: Intel(R) Core(TM) i5-8279U CPU @ 2.40GHz<br>BenchmarkClassicForLoopLargeStructArrayU5-8        44540             26227 ns/op               0 B/op          0 allocs/op<br>BenchmarkClassicForLoopLargeStructArrayU4-8        45906             26312 ns/op               0 B/op          0 allocs/op<br>BenchmarkClassicForLoopLargeStructArrayU3-8        43315             27400 ns/op               0 B/op          0 allocs/op<br>BenchmarkClassicForLoopLargeStructArrayU2-8        44605             26313 ns/op               0 B/op          0 allocs/op<br>BenchmarkClassicForLoopLargeStructArrayU1-8        45752             26110 ns/op               0 B/op          0 allocs/op<br>BenchmarkForRangeLargeStructArrayU5-8               3072            388651 ns/op               0 B/op          0 allocs/op<br>BenchmarkForRangeLargeStructArrayU4-8               4605            261329 ns/op               0 B/op          0 allocs/op<br>BenchmarkForRangeLargeStructArrayU3-8               5857            182565 ns/op               0 B/op          0 allocs/op<br>BenchmarkForRangeLargeStructArrayU2-8              10000            108391 ns/op               0 B/op          0 allocs/op<br>BenchmarkForRangeLargeStructArrayU1-8              36333             32346 ns/op               0 B/op          0 allocs/op<br>PASS<br>ok      command-line-arguments  16.160s</p></blockquote>
<p><strong>我们看到一个现象：</strong>不管是什么类型的结构体元素数组，经典的 for 循环遍历的性能比较一致，但是 for range 的遍历性能会随着结构字段数量的增加而降低。</p>
<h2>结论</h2>
<p>对于遍历大数组而言， for 循环能比 for range 循环更高效与稳定，这一点在数组元素为结构体类型更加明显。</p>
<p>另外，由于在 Go 中切片的底层都是通过数组来存储数据，尽管有 for range 的副本复制问题，但是切片副本指向的底层数组与原切片是一致的。这意味着，当我们将数组通过切片代替后，不管是通过 for range 或者 for 循环均能得到一致的稳定的遍历性能。</p>
<p>今天带大家了解了处理、循环、for、range的相关知识，希望对你有所帮助；关于Golang的技术知识我们会一点点深入介绍，欢迎大家关注golang学习网公众号，一起学习编程~</p>