go语言底层剖析 go 底层语言

golang获取到string和直接赋值strimg不一样

1、 stringgo语言底层剖析的定义

Golang中的string的定义在reflect包下的value.go中，定义如下go语言底层剖析：

StringHeader 是字符串的运行时表示，其中包含了两个字段，分别是指向数据数组的指针和数组的长度。

// StringHeader is the runtime representation of a string.

// It cannot be used safely or portably and its representation may

// change in a later release.

// Moreover, the Data field is not sufficient to guarantee the data

// it references will not be garbage collected, so programs must keep

// a separate, correctly typed pointer to the underlying data.

type StringHeader struct {

Data uintptr

Len int

}

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2、string不可变

Golang中的字符串是不可变的，不能通过索引下标的方式修改字符串中的数据：

在这里插入图片描述

运行代码，可以看到编译器报错，string是不可变的

在这里插入图片描述

但是能不能进行一些骚操作来改变元素的值呢？

package main

import (

"fmt"

"reflect"

"unsafe"

)

func main() {

a := "hello,world"

b := a[6:]

bptr := (*reflect.StringHeader) (unsafe.Pointer(b))

fmt.Println(a)

fmt.Println(b)

*(*byte)(unsafe.Pointer(bptr.Data)) = '.'

fmt.Println(a)

fmt.Println(b)

}

// 运行结果

hello,world

world

unexpected fault address 0x49d7e3

fatal error: fault

[signal 0xc0000005 code=0x1 addr=0x49d7e3 pc=0x4779fa]

goroutine 1 [running]:

runtime.throw(0x49c948, 0x5)

C:/Program Files/Go/src/runtime/panic.go:1117 +0x79 fp=0xc0000dbe90 sp=0xc0000dbe60 pc=0x405fd9

runtime.sigpanic()

C:/Program Files/Go/src/runtime/signal_windows.go:245 +0x2d6 fp=0xc0000dbee8 sp=0xc0000dbe90 pc=0x4189f6

main.main()

F:/go_workspace/src/code/string_test/main.go:20 +0x13a fp=0xc0000dbf88 sp=0xc0000dbee8 pc=0x4779fa

runtime.main()

C:/Program Files/Go/src/runtime/proc.go:225 +0x256 fp=0xc0000dbfe0 sp=0xc0000dbf88 pc=0x4087f6

runtime.goexit()

C:/Program Files/Go/src/runtime/asm_amd64.s:1371 +0x1 fp=0xc0000dbfe8 sp=0xc0000dbfe0 pc=0x435da1

Process finished with the exit code 2

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在上面的代码中，因为在go语言中不能进行指针的加减运算，因此取切片，让b的Data指针指向’,'所在的位置。然后把"hello,world"中的逗号改为点，但是发现还是不行，程序直接崩溃了。看来go语言中的指针得到了大大的限制，设计者并不想让程序员过度使用指针来写出一些不安全的代码。

3、使用string给另一个string赋值

Golang中的字符串的赋值并不是拷贝底层的字符串数组，而是数组指针和长度字段的拷贝。例如：当go语言底层剖析我们定义了一个字符串 a := “hello,world” 然后定义了 b := a 底层所做的操作只是创建了两个StringHeader的结构体，它们的Data字段都指向同一段数据，如下图：

在这里插入图片描述

我们可以利用代码来证实这一点：

package main

import (

"fmt"

"reflect"

"unsafe"

)

func main() {

a := "hello,world"

b := a

fmt.Println(a)

fmt.Println(b)

aptr := (*reflect.StringHeader) (unsafe.Pointer(a))

bptr := (*reflect.StringHeader) (unsafe.Pointer(b))

fmt.Println("a ptr:", unsafe.Pointer(aptr.Data))

fmt.Println("b ptr:", unsafe.Pointer(bptr.Data))

}

// 运行结果

hello, world

hello, world

a ptr: 0x6bdb76

b ptr: 0x6bdb76

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在上面的代码中，将a和b转换为StringHeader类型的指针，然后分别打印出，a和b的Data指针的值，发现是相同的

那么如果对a做切片赋值给b呢？

func main() {

a := "hello,world"

b := a[6:]

fmt.Println(a)

fmt.Println(b)

aptr := (*reflect.StringHeader) (unsafe.Pointer(a))

bptr := (*reflect.StringHeader) (unsafe.Pointer(b))

fmt.Println("a ptr:", unsafe.Pointer(aptr.Data))

fmt.Println("b ptr:", unsafe.Pointer(bptr.Data))

}

// 运行结果

hello,world

world

a ptr: 0xd4d849

b ptr: 0xd4d84f

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0xd4d849 - 0xd4d84f = 0x000006

显然，也没有分配新的数组并拷贝数据，而是将原字符数组的指针的偏移赋给了b的StringHeader的Data

4、string重新赋值

如果对一个已经赋值的字符串重新赋值，也不会修改原内存空间，而是申请了新的内存空间，对其赋值，并指向新的内存空间。如下图：

在这里插入图片描述

也可以使用代码来证实一下：

package main

import (

"fmt"

"reflect"

"unsafe"

)

func main() {

a := "hello,world"

aptr := (*reflect.StringHeader) (unsafe.Pointer(a))

fmt.Println("a ptr:", unsafe.Pointer(aptr.Data))

fmt.Println("a len", aptr.Len)

a = "hello,golang"

newAPtr := (*reflect.StringHeader) (unsafe.Pointer(a))

fmt.Println("b ptr:", unsafe.Pointer(newAPtr.Data))

fmt.Println("b len:", newAPtr.Len)

}

// 运行结果

a ptr: 0x3ed7f4

a len 11

b ptr: 0x3edb2c

b len: 12

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golang中的字符串

在go中rune是一个unicode编码点。 我们都知道UTF-8将字符编码为1-4个字节，比如我们常用的汉字，UTF-8编码为3个字节。所以rune也是int32的别名。

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golang之字符串

Go语言的字符有两种类型： 一种是byte型，或者叫uint8类型，代表了ASCII码的一个字符。 一种是rune类型，或者叫int32类型，代表一个UTF-8字符，当需要处理中文、日文等unicode字符时，则需要用到rune类型。 ...

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Golang的 string 类型

一点睛 字符串就是一串固定长度的字符连接起来的字符序列。Go 的字符串是由单个字节连接起来的。Go语言的字符串的字节使用 UTF-8 编码标识 Unicode 文本。 二 string 使用注意事项和细节 1 Go 语言的字符串的字节使用 UTF-8 编码标识 Unicode 文本，这样 Golang 统一使用 UTF-8 编码,中文乱码问题不会再困扰程序员。 2 字符串一旦赋值了，字符串就不能修改了，在 Go 中字符串是不可变的。 3 字符串的两种表示形式。 a 双引号——会识别转义字符 .

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Golang Strings 官方包常用方法，学会这些够用了

1.判断是否以某字符串打头/结尾 2.字符串分割 3.返回子串索引 4.字符串连接 5.字符串转化为大小写 6.统计某个字符在字符串出现的次数 7.判断字符串的包含关系 8.字符串替换

相关问答

Q1: goland map底层原理

map 是Go语言中基础的数据结构，在日常的使用中经常被用到。但是它底层是如何实现的呢？

总体来说golang的map是hashmap，是使用数组+链表的形式实现的，使用拉链法消除hash冲突。

golang的map由两种重要的结构，hmap和bmap(下文中都有解释)，主要就是hmap中包含一个指向bmap数组的指针，key经过hash函数之后得到一个数，这个数低位用于选择bmap(当作bmap数组指针的下表)，高位用于放在bmap的[8]uint8数组中，用于快速试错。然后一个bmap可以指向下一个bmap(拉链)。

Golang中map的底层实现是一个散列表，因此实现map的过程实际上就是实现散表的过程。在这个散列表中，主要出现的结构体有两个，一个叫 hmap (a header for a go map)，一个叫 bmap (a bucket for a Go map，通常叫其bucket)。这两种结构的样子分别如下所示：

hmap :

图中有很多字段，但是便于理解map的架构，你只需要关心的只有一个，就是标红的字段： buckets数组 。Golang的map中用于存储的结构是bucket数组。而bucket(即bmap)的结构是怎样的呢？

bucket ：

相比于hmap，bucket的结构显得简单一些，标红的字段依然是“核心”，我们使用的map中的key和value就存储在这里。“高位哈希值”数组记录的是当前bucket中key相关的“索引”，稍后会详细叙述。还有一个字段是一个指向扩容后的bucket的指针，使得bucket会形成一个链表结构。例如下图：

由此看出hmap和bucket的关系是这样的：

而bucket又是一个链表，所以，整体的结构应该是这样的：

哈希表的特点是会有一个哈希函数，对你传来的key进行哈希运算，得到唯一的值，一般情况下都是一个数值。Golang的map中也有这么一个哈希函数，也会算出唯一的值，对于这个值的使用，Golang也是很有意思。

Golang把求得的值按照用途一分为二：高位和低位。

如图所示，蓝色为高位，红色为低位。 然后低位用于寻找当前key属于hmap中的哪个bucket，而高位用于寻找bucket中的哪个key。上文中提到：bucket中有个属性字段是“高位哈希值”数组，这里存的就是蓝色的高位值，用来声明当前bucket中有哪些“key”，便于搜索查找。 需要特别指出的一点是：我们map中的key/value值都是存到同一个数组中的。数组中的顺序是这样的:

并不是key0/value0/key1/value1的形式，这样做的好处是：在key和value的长度不同的时候，可 以消除padding(内存对齐)带来的空间浪费 。

现在，我们可以得到Go语言map的整个的结构图了：(hash结果的低位用于选择把KV放在bmap数组中的哪一个bmap中，高位用于key的快速预览，用于快速试错)

map的扩容

当以上的哈希表增长的时候，Go语言会将bucket数组的数量扩充一倍，产生一个新的bucket数组，并将旧数组的数据迁移至新数组。

加载因子

判断扩充的条件，就是哈希表中的加载因子(即loadFactor)。

加载因子是一个阈值，一般表示为：散列包含的元素数 除以 位置总数。是一种“产生冲突机会”和“空间使用”的平衡与折中：加载因子越小，说明空间空置率高，空间使用率小，但是加载因子越大，说明空间利用率上去了，但是“产生冲突机会”高了。

每种哈希表的都会有一个加载因子，数值超过加载因子就会为哈希表扩容。

Golang的map的加载因子的公式是：map长度 / 2^B(这是代表bmap数组的长度，B是取的低位的位数)阈值是6.5。其中B可以理解为已扩容的次数。

当Go的map长度增长到大于加载因子所需的map长度时，Go语言就会将产生一个新的bucket数组，然后把旧的bucket数组移到一个属性字段oldbucket中。注意：并不是立刻把旧的数组中的元素转义到新的bucket当中，而是，只有当访问到具体的某个bucket的时候，会把bucket中的数据转移到新的bucket中。

如下图所示：当扩容的时候，Go的map结构体中，会保存旧的数据，和新生成的数组

上面部分代表旧的有数据的bucket，下面部分代表新生成的新的bucket。蓝色代表存有数据的bucket，橘黄色代表空的bucket。

扩容时map并不会立即把新数据做迁移，而是当访问原来旧bucket的数据的时候，才把旧数据做迁移，如下图：

注意：这里并不会直接删除旧的bucket，而是把原来的引用去掉，利用GC清除内存。

map中数据的删除

如果理解了map的整体结构，那么查找、更新、删除的基本步骤应该都很清楚了。这里不再赘述。

值得注意的是，找到了map中的数据之后，针对key和value分别做如下操作：

1

2

3

4

1、如果``key``是一个指针类型的，则直接将其置为空，等待GC清除；

2、如果是值类型的，则清除相关内存。

3、同理，对``value``做相同的操作。

4、最后把key对应的高位值对应的数组index置为空。

Q2: Go语言的跨平台能力到底有多强？看完你就知道了

对比于其他语言go语言底层剖析的程序go语言底层剖析，Go语言的跨平台能力是真的强，拿.Net和JAVA来说吧，.Net在.Net core出现之前是不能跨平台的，只能在windows上编译运行，即使是.net core出现以后，跨平台的程序也是相当的麻烦。而java虽然一直都可以跨平台，但是运行JAVA程序的机器上也必须要有JAVA程序运行环境JRE。而相对于Go程序，跨平台就简单的多go语言底层剖析了，只需要在编译指定目标程序运行的架构和环境即可编译出指定操作系统和架构的程序。

以上是指定了go的环境变量后执行的go build命令进行目标程序的构建，这种方式会一直生效的，如果不让他一直生效，可以在构建的时候临时指定环境变量，下面以window的环境为例，来介绍临时指定环境变量的方式构建可以在Linux环境下运行的可执行程序：

可以根据不同的架构和操作系统将其编写为不同的.bat的可执行文件放置在程序的根目录，Linux的和MAC的也一样编写成脚本文件放置在程序的根目录，这样在构建的时候就不用再敲命令了，直接运行脚本就可以了。

Java程序编译打包后为war包或者是java包，必须执行java -jar 命令或者将其放置到tomcat的指定目录下，运行tomcat程序。而Go语言编写的程序最终为可执行的文件（window下编译出的是.exe的可执行文件），只需要将其赋予可执行的权限就可以直接运行了。

构建JAVA程序的镜像需要指定java的基础镜像，否则就需要在镜像中安装java的运行环境了，下面展示的是构建的一个JAVA程序的镜像，构建出来镜像的体积相对比较大

而Go程序制作出的镜像就不需要安装任何的依赖环境，因为他在打包的时候就已经将依赖的包一块打包到一起了

拿着这个镜像就可以到处运行了。

通过对比我们可以发现，如果没有之前的技术和业务的积累，重新开发一个新的项目，使用go去开发无疑是最容易上手的，所以现在很多公司都使用go进行开发，也逐渐将其他语言的项目逐步的用go语言进行改造。其实用什么语言不重要，合适的才重要，开发项目在选择语言的时候也会综合多方面来考虑选择合适的语言和架构，毕竟很多公司都不是搞研究的，都需要项目来赚钱，所以开发的速度、客户的满意度、项目交付的时间才是驱动公司技术的主要因素。

我们个人也应该不断完善自己的技术栈，不应该太依靠某种语言，最重要的还是自己的架构思想和底层架构知识，只有掌握了这些才能够不被 社会 和公司“优化”。

Q3: 深入剖析：一套在 Go 中传递、返回、暴露错误，便于回查的解决方案

作者：andruzhang，腾讯 IEG 后台开发工程师

在后台开发中，针对错误处理，有三个维度的问题需要解决：

一个面向过程的函数，在不同的处理过程中需要 handle 不同的错误信息；一个面向对象的函数，针对一个操作所返回的不同类型的错误，有可能需要进行不同的处理。此外，在遇到错误时，也可以使用断言的方式，快速中止函数流程，大大提高代码的可读性。

在许多高级语言中都提供了 try ... catch 的语法，函数内部可以通过这种方案，实现一个统一的错误处理逻辑。而即便是 C 这种 “中级语言” 虽然没有，但是程序员也可以使用宏定义的方式，来实现某种程度上的错误断言。

但是，对于 Go 的情况就比较尴尬了。

我们先来看断言，我们的目的是，仅使用一行代码就能够检查错误并终止当前函数。由于没有 throw，没有宏，如果要实现一行断言，有两种方法。

第一种是把 if 的错误判断写在一行内，比如：

第二种方法是借用 panic 函数，结合 recover 来实现:

这两种方法都值得商榷。

首先，将 if 写在同一行内的问题有：

至于第二种方法，我们要分情况看；

不过使用 panic 来断言的方案，虽然在业务逻辑中基本上不用，但在测试场景下则是非常常见的。测试嘛，用牛刀有何不可？稍微大一点的系统开销也没啥问题。对于 Go 来说，非常热门的单元测试框架 goconvey 就是使用 panic 机制来实现单元测试中的断言，用的人都说好。

综上，在 Go 中，对于业务代码，笔者不建议采用断言，遇到错误的时候建议还是老老实实采用这种格式：

而在单测代码中，则完全可以大大方方地采用类似于 goconvey 之类基于 panic 机制的断言。

众所周知 Go 是没有 try ... catch 的，而且从官方的态度来看，短时间内也没有考虑的计划。但程序员有这个需求呀。笔者采用的方法，是将需要返回的 err 变量在函数内部全局化，然后结合 defer 统一处理：

这种方案要特别注意变量作用域问题.比如前面的 if err = DoSomething(); err != nil { 行，如果我们将 err = ... 改为 err := ...，那么这一行中的 err 变量和函数最前面定义的 (err error) 不是同一个变量，因此即便在此处发生了错误，但是在 defer 函数中无法捕获到 err 变量了。

在 try ... catch 方面，笔者其实没有特别好的方法来模拟，即便是上面的方法也有一个很让人头疼的问题：defer 写法导致错误处理前置，而正常逻辑后置了，从可读性的角度来说非常不友好。因此也希望读者能够指教。同时还是希望 Go 官方能够继续迭代，支持这种语法。

这一点在 Go 里面，一开始看起来还是比较统一的，这就是 Go 最开始就定义的 error 类型，以系统标准的方式，统一了进程内函数级的错误返回模式。调用方使用 if err != nil 的统一模式，来判断一个调用是不是成功了。

但是随着 Go 的逐步推广，由于 error 接口的高自由度，程序员们对于 “如何判断该错误是什么错误” 的时候，出现了分歧。

在 Go 1.13 之前，对于 error 类型的传递，有三种常见的模式：

这个流派很简单，就是将各种错误信息直接定义为一个类枚举值的模式，比如：

当遇到相应的错误信息时，直接返回对应的 error 类枚举值就行了。对于调用方也非常方便，可以采用 switch - case 来判断错误类型：

个人觉得这种设计模式本质上还是 C error code 模式。

这种流派则是充分使用了 “error 是一个 interface” 的特性，重新自定义一个 error 类型。一方面是用不同的类型来表示不同的错误分类，另一方面则能够实现对于同一错误类型，能够给调用方提供更佳详尽的信息。举个例子，我们可以定义多个不同的错误类型如下：

对于调用方，则通过以下代码来判断不同的错误：

这种模式，一方面可以透传底层错误，另一方面又可以添加自定义的信息。但对于调用方而言，灾难在于如果要判断某一个错误的具体类型，只能用 strings.Contains() 来实现，而错误的具体描述文字是不可靠的，同一类型的信息可能会有不同的表达；而在 fmt.Errorf 的过程中，各个业务添加的额外信息也可能会有不同的文字，这带来了极大的不可靠性，提高了模块之间的耦合度。

在 go 1.13 版本发布之后，针对 fmt.Errorf 增加了 wraping 功能，并在 errors 包中添加了 Is() 和 As() 函数。关于这个模式的原理和使用已经有很多文章了，本文就不再赘述。

这个功能，合并并改造了前文的所谓 “== 流派” 和 “fmt.Errorf” 流派，统一使用 errors.Is() 函数；此外，也算是官方对类型断言流派的认可（专门用 As() 函数来支持）。

在实际应用中，函数/模块透传错误时，应该采用 Go 的 error wrapping 模式，也就是 fmt.Errorf() 配合 %w 使用，业务方可以放心地添加自己的错误信息，只要调用方统一采用 errors.Is() 和 errors.As() 即可。

服务/系统层面的错误信息返回，大部分协议都可以看成是 code - message 模式或者是其变体：

这种模式的特点是：code 是给程序代码使用的，代码判断这是一个什么类型的错误，进入相应的分支处理；而 message 是给人看的，程序可以以某种形式抛出或者记录这个错误信息，供用户查看。

在这一层面有什么问题呢？code for computer，message for user，好像挺好的。

但有时候，我们可能会收到用户/客户反馈一个问题：“XXX 报错了，帮忙看看什么问题？”。用户看不懂我们的错误提示吗？

在笔者的经验中，我们在使用 code - message 机制的时候，特别是业务初期，难以避免的是前后端的设计文案没能完整地覆盖所有的错误用例，或者是错误极其罕见。因此当出现错误时，提示暧昧不清（甚至是直接提示错误信息），导致用户从错误信息中找到解决方案

在这种情况下，尽量覆盖所有错误路径肯定是最完美的方法。不过在做到这一点之前，码农们往往有下面的解决方案：

既要隐藏信息，又要暴露信息，我可以摔盘子吗……

这里，笔者从日益普及的短信验证码有了个灵感——人的短期记忆对 4 个字符还是比较强的，因此我们可以考虑把错误代码缩短到 4 个字符——不区分大小写，因为如果人在记忆时还要记录大小写的话，难度会增加不少。

怎么用 4 个字符表示尽量多的数据呢？数字+字母总共有 36 个字符，理论上使用 4 位 36 进制可以表示 36x36x36x36 = 1679616 个值。因此我们只要找到一个针对错误信息字符串的哈希算法，把输出值限制在 1679616 范围内就行了。

这里我采用的是 MD5 作为例子。MD5 的输出是 128 位，理论上我可以取 MD5 的输出，模 1679616 就可以得到一个简易的结果。实际上为了减少除法运算，我采用的是取高 20 位（0xFFFFF）的简易方式（20 位二进制的最大值为 1048575），然后将这个数字转成 36 进制的字符串输出。

当出现异常错误时，我们可以将 message 的提示信息如下展示：“未知错误，错误代码 30EV，如需协助，请联系 XXX”。顺带一提，30EV 是 "Access denied for user 'db_user'@'127.0.0.1'" 的计算结果，这样一来，我就对调用方隐藏了敏感信息。

至于后台侧，还是需要实实在在地将这个哈希值和具体的错误信息记录在日志或者其他支持搜索的渠道里。当用户提供该代码时，可以快速定位。

这种方案的优点很明显：

简易的错误码生成代码如下：

当然这种方案也有局限性，笔者能想到的是需要注意以下两点：

此外，笔者需要再强调的是：在开发中，针对各种不同的、正式的错误用例依然需要完整覆盖，尽可能通过已有的 code - message 机制将足够清晰的信息告知主调方。这种 hashcode 的错误代码生成方法，仅适用于错误用例遗漏、或者是快速迭代过程中，用于发现和调试遗漏的错误用例的临时方案。

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