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我們在使用Go語言時，經常涉及到[]byte和string兩種類型間的轉換。本篇文章將討論轉換時的開銷，Go編譯器在一些特定場景下對轉換做的優化，以及在高性能場景下，我們自己如何做相應的優化。

[]byte其實就是byte類型的切片，對應的底層結構體定義如下（在runtime/slice.go文件中）

type slice struct {
array unsafe.Pointer
len int
cap int
}

string對應的底層結構體定義如下（在runtime/string.go文件中）

type stringStruct struct {
str unsafe.Pointer
len int
}

可以看到它們內部都有一個指針類型(array或str)，指向真實數據。另外還有一個len欄位，標識數據的長度。 slice多了一個cap欄位，表示容量大小。當要往slice尾部追加數據而空餘容量又不夠時，會重新分配更大的內存塊，將當前內存塊的內容拷貝至新內存塊，再在新內存塊做追加。

slice變數間做賦值操作時，只是修改指針指向，不會拷貝真實數據。string變數間賦值也是同樣的道理。

但是[]byte和string相互轉換，就需要重新申請內存並拷貝內存了。因為Go語義中，slice的內容是可變的（mutable），而string是不可變的（immutable）。如果他們底部指向同一塊數據，那麼由於slice可對數據做修改，string就做不到immutable了。

[]byte和string互轉時的底層調用分別對應runtime/string.go中stringtoslicebyte和slicebytetostring兩個函數。

那麼如果我們想省去申請和拷貝內存的開銷呢？ 來看runtime/string.go中slicebytetostringtmp和stringtoslicebytetmp兩個函數，如下：

func slicebytetostringtmp(b []byte) string {
// Return a "string" referring to the actual []byte bytes.
 // This is only for use by internal compiler optimizations
 // that know that the string form will be discarded before
 // the calling goroutine could possibly modify the original
 // slice or synchronize with another goroutine.
 // First such case is a m[string(k)] lookup where
 // m is a string-keyed map and k is a []byte.
 // Second such case is "<"+string(b)+">" concatenation where b is []byte.
 // Third such case is string(b)=="foo" comparison where b is []byte.

if raceenabled && len(b) > 0 {
racereadrangepc(unsafe.Pointer(&b[0]),
uintptr(len(b)),
getcallerpc(unsafe.Pointer(&b)),
funcPC(slicebytetostringtmp))
}
return *(*string)(unsafe.Pointer(&b))
}

func stringtoslicebytetmp(s string) []byte {
// Return a slice referring to the actual string bytes.
 // This is only for use by internal compiler optimizations
 // that know that the slice wont be mutated.
 // The only such case today is:
 // for i, c := range []byte(str)

str := (*stringStruct)(unsafe.Pointer(&s))
ret := slice{array: unsafe.Pointer(str.str), len: str.len, cap: str.len}
return *(*[]byte)(unsafe.Pointer(&ret))
}

通過unsafe.Pointer直接做指針類型的轉換。

注釋中也說得很清楚了。

stringtoslicebytetmp調用的前提是保證返回的[]byte之後不會被修改，只用於編譯器內部優化，目前唯一的場景是在for loop中將string轉換成[]byte做遍歷操作時，比如 for i, c := range []byte(str)

slicebytetostringtmp調用的前提其實也是類似，保證返回的string在生命周期結束之前，[]byte不會被修改，也是只用於編譯器內部優化，目前有三種場景：

  1. 假設有一個key為string的map遍歷m，你想使用[]byte類型的變數k做查找操作，比如 m[string(k)]
  2. 做字元串拼接操作時，比如 <"+string(b)+">，其中b是[]byte類型
  3. []byte類型和常量字元串做比較操作，比如 string(b)=="foo"

由於以上兩個函數是不暴露給Go用戶的，所以如果我們在一些高性能場景想要做類似優化時，可以通過unsafe.Pointer自己做類似實現，當然，前提是保證數據是immutable的。

參考鏈接：

  • []byte vs string in Go

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