golang 的string与[]byte转换方式

本篇文章主要是结合我之前面试的各种经历和实战开发中遇到的问题解决经验整理的，希望这篇《golang 的string与[]byte转换方式》对你有很大帮助！欢迎收藏，分享给更多的需要的朋友学习~

相对于C语言，golang是类型安全的语言。但是安全的代价就是性能的妥协。

下面我们看看Golang不想让我们看到的“秘密”——string的底层数据。

通过reflect包，我们可以知道，在Golang底层，string和slice其实都是struct：

type SliceHeader struct {
    Data uintptr
    Len  int
    Cap  int
}
type StringHeader struct {
    Data uintptr
    Len  int
}

其中Data是一个指针，指向实际的数据地址，Len表示数据长度。

但是，在string和[]byte转换过程中，Golang究竟悄悄帮我们做了什么，来达到安全的目的？

在Golang语言规范里面，string数据是禁止修改的，试图通过&s[0], &b[0]取得string和slice数据指针地址也是不能通过编译的。

下面，我们就通过Golang的“黑科技”来一窥Golang背后的“秘密”

//return GoString's buffer slice(enable modify string)
func StringBytes(s string) Bytes {
    return *(*Bytes)(unsafe.Pointer(&s))
}
// convert b to string without copy
func BytesString(b []byte) String {
    return *(*String)(unsafe.Pointer(&b))
}
// returns &s[0], which is not allowed in go
func StringPointer(s string) unsafe.Pointer {
    p := (*reflect.StringHeader)(unsafe.Pointer(&s))
    return unsafe.Pointer(p.Data)
}
// returns &b[0], which is not allowed in go
func BytesPointer(b []byte) unsafe.Pointer {
    p := (*reflect.SliceHeader)(unsafe.Pointer(&b))
    return unsafe.Pointer(p.Data)
}

以上4个函数的神奇之处在于，通过unsafe.Pointer和reflect.XXXHeader取到了数据首地址，并实现了string和[]byte的直接转换（这些操作在语言层面是禁止的）。

下面我们就通过这几个“黑科技”来测试一下语言底层的秘密：

func TestPointer(t *testing.T) {
    s := []string{
        "",
        "",
        "hello",
        "hello",
        fmt.Sprintf(""),
        fmt.Sprintf(""),
        fmt.Sprintf("hello"),
        fmt.Sprintf("hello"),
    }
    fmt.Println("String to bytes:")
    for i, v := range s {
        b := unsafe.StringBytes(v)
        b2 := []byte(v)
        if b.Writeable() {
            b[0] = 'x'
        }
        fmt.Printf("%d\ts=%5s\tptr(v)=%-12v\tptr(StringBytes(v)=%-12v\tptr([]byte(v)=%-12v\n",
            i, v, unsafe.StringPointer(v), b.Pointer(), unsafe.BytesPointer(b2))
    }
    b := [][]byte{
        []byte{},
        []byte{'h', 'e', 'l', 'l', 'o'},
    }
    fmt.Println("Bytes to string:")
    for i, v := range b {
        s1 := unsafe.BytesString(v)
        s2 := string(v)
        fmt.Printf("%d\ts=%5s\tptr(v)=%-12v\tptr(StringBytes(v)=%-12v\tptr(string(v)=%-12v\n",
            i, s1, unsafe.BytesPointer(v), s1.Pointer(), unsafe.StringPointer(s2))
    }
}
const N = 3000000
func Benchmark_Normal(b *testing.B) {
    for i := 1; i         ptr(StringBytes(v)=<nil>        ptr([]byte(v)=0xc042021c58
//5 s=      ptr(v)=<nil>        ptr(StringBytes(v)=<nil>        ptr([]byte(v)=0xc042021c58
//6 s=xello ptr(v)=0xc0420444b5 ptr(StringBytes(v)=0xc0420444b5 ptr([]byte(v)=0xc042021c58
//7 s=xello ptr(v)=0xc0420444ba ptr(StringBytes(v)=0xc0420444ba ptr([]byte(v)=0xc042021c58
//Bytes to string:
//0 s=      ptr(v)=0x5c38b8     ptr(StringBytes(v)=0x5c38b8     ptr(string(v)=<nil>
//1 s=hello ptr(v)=0xc0420445e0 ptr(StringBytes(v)=0xc0420445e0 ptr(string(v)=0xc042021c38
//Benchmark_Normal-4    1000000000           0.87 ns/op
//Benchmark_Direct-4    2000000000           0.24 ns/op
</nil></nil></nil></nil>

结论如下：

1、string常量会在编译期分配到只读段，对应数据地址不可写入，并且相同的string常量不会重复存储。

2、fmt.Sprintf生成的字符串分配在堆上，对应数据地址可修改。

3、常量空字符串有数据地址，动态生成的字符串没有设置数据地址

4、Golang string和[]byte转换,会将数据复制到堆上，返回数据指向复制的数据

5、动态生成的字符串，即使内容一样，数据也是在不同的空间

6、只有动态生成的string，数据可以被黑科技修改

7、string和[]byte通过复制转换，性能损失接近4倍

补充：Golang 使用unsafe.Pointer优化byte[]与String转换性能

我们知道一般来说对于一个String

如果想要转换为byte[]都是通过类型转换语法来实现的：

Res := string(bytes)

这种方式是Go所推荐的，优点就是安全，尽管这种操作会发生内存拷贝，导致性能上会有所损耗，这在处理一般业务时这种损耗是可以忽略的。

但如果是拷贝频繁的情况下，想要进行性能优化时，就需要引入unsafe.Pointer了：

func main()  {
 var s = []byte("我永远喜欢藤原千花.jpg")
 Res := *(*string)(unsafe.Pointer(&s))
 fmt.Println(Res)
}

通过unsafe.Pointer伪造String的过程没有发生内存拷贝，所以效率上会比发生内存拷贝的类型转换快，但代价就是把底层数据暴露出来，这种做法是不安全的。

至于为什么Slice能通过这种方式和String转换

我们可以看下它们的底层结构SliceHeader和StringHeader ：

type SliceHeader struct {
 Data uintptr
 Len  int
 Cap  int
  } 
type StringHeader struct {
 Data uintptr
 Len  int
  }

两种类型只差了一个字段Cap（容量），前面剩余的字段都是内存对齐的，所以可以直接转换

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持golang学习网。如有错误或未考虑完全的地方，望不吝赐教。

今天关于《golang 的string与[]byte转换方式》的内容介绍就到此结束，如果有什么疑问或者建议，可以在golang学习网公众号下多多回复交流；文中若有不正之处，也希望回复留言以告知！