(转)Go中的string和[]byte对比

本文转自：https://sheepbao.github.io/post/golang_byte_slice_and_string/

做者：boya

声明：本文目的仅仅做为我的mark，因此在翻译的过程当中参杂了本身的思想甚至改变了部份内容，其中有下划线的文字为译者添加。但因为译者水平有限，所写文字或者代码可能会误导读者，如发现文章有问题，请尽快告知，不胜感激。

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为啥string和[]byte类型转换须要必定的代价？
为啥内置函数copy会有一种特殊状况copy(dst []byte, src string) int?
string和[]byte，底层都是数组，但为何[]byte比string灵活，拼接性能也更高（动态字符串拼接性能对比）?
今天看了源码探究了一下。
如下全部观点都是我的愚见，有不一样建议或补充的的欢迎emial我aboutme

何为string？
什么是字符串？标准库builtin的解释：

type string
string is the set of all strings of 8-bit bytes, conventionally but not necessarily representing UTF-8-encoded text. A string may be empty, but not nil. Values of string type are immutable.

简单的来讲字符串是一系列8位字节的集合，一般但不必定表明UTF-8编码的文本。字符串能够为空，但不能为nil。并且字符串的值是不能改变的。
不一样的语言字符串有不一样的实现，在go的源码中src/runtime/string.go，string的定义以下：

type stringStruct struct {
    str unsafe.Pointer
    len int
}

能够看到str实际上是个指针，指向某个数组的首地址，另外一个字段是len长度。那到这个数组是什么呢？ 在实例化这个stringStruct的时候：

func gostringnocopy(str *byte) string {
    ss := stringStruct{str: unsafe.Pointer(str), len: findnull(str)}
    s := *(*string)(unsafe.Pointer(&ss))
    return s
}

哈哈，其实就是byte数组，并且要注意string其实就是个struct。

何为[]byte?
首先在go里面，byte是uint8的别名。而slice结构在go的源码中src/runtime/slice.go定义：

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

array是数组的指针，len表示长度，cap表示容量。除了cap，其余看起来和string的结构很像。
但其实他们差异真的很大。

区别

字符串的值是不能改变
在前面说到了字符串的值是不能改变的，这句话其实不完整，应该说字符串的值不能被更改，但能够被替换。 仍是以string的结构体来解释吧，全部的string在底层都是这样的一个结构体stringStruct{str: str_point, len: str_len}，string结构体的str指针指向的是一个字符常量的地址， 这个地址里面的内容是不能够被改变的，由于它是只读的，可是这个指针能够指向不一样的地址，咱们来对比一下string、[]byte类型从新赋值的区别：

s := "A1" // 分配存储"A1"的内存空间，s结构体里的str指针指向这快内存
s = "A2"  // 从新给"A2"的分配内存空间，s结构体里的str指针指向这快内存

其实[]byte和string的差异是更改变量的时候array的内容能够被更改。

s := []byte{1} // 分配存储1数组的内存空间，s结构体的array指针指向这个数组。
s = []byte{2}  // 将array的内容改成2

由于string的指针指向的内容是不能够更改的，因此每更改一次字符串，就得从新分配一次内存，以前分配空间的还得由gc回收，这是致使string操做低效的根本缘由。

string和[]byte的相互转换
将string转为[]byte，语法[]byte(string)源码以下：

func stringtoslicebyte(buf *tmpBuf, s string) []byte {
    var b []byte
    if buf != nil && len(s) <= len(buf) {
        *buf = tmpBuf{}
        b = buf[:len(s)]
    } else {
        b = rawbyteslice(len(s))
    }
    copy(b, s)
    return b
}

func rawstring(size int) (s string, b []byte) {
    p := mallocgc(uintptr(size), nil, false)

    stringStructOf(&s).str = p
    stringStructOf(&s).len = size

    *(*slice)(unsafe.Pointer(&b)) = slice{p, size, size}

    return
}

能够看到b是新分配的，而后再将s复制给b，至于为啥copy函数能够直接把string复制给[]byte，那是由于go源码单独实现了一个slicestringcopy函数来实现，具体能够看src/runtime/slice.go。

将[]byte转为string，语法string([]byte)源码以下：

func slicebytetostring(buf *tmpBuf, b []byte) string {
    l := len(b)
    if l == 0 {
        // Turns out to be a relatively common case.
        // Consider that you want to parse out data between parens in "foo()bar",
        // you find the indices and convert the subslice to string.
        return ""
    }
    if raceenabled && l > 0 {
        racereadrangepc(unsafe.Pointer(&b[0]),
            uintptr(l),
            getcallerpc(unsafe.Pointer(&buf)),
            funcPC(slicebytetostring))
    }
    if msanenabled && l > 0 {
        msanread(unsafe.Pointer(&b[0]), uintptr(l))
    }
    s, c := rawstringtmp(buf, l)
    copy(c, b)
    return s
}

func rawstringtmp(buf *tmpBuf, l int) (s string, b []byte) {
    if buf != nil && l <= len(buf) {
        b = buf[:l]
        s = slicebytetostringtmp(b)
    } else {
        s, b = rawstring(l)
    }
    return
}

依然能够看到s是新分配的，而后再将b复制给s。
正由于string和[]byte相互转换都会有新的内存分配，才致使其代价不小，但读者千万不要误会，对于如今的机器来讲这些代价其实不值一提。 但若是想要频繁string和[]byte相互转换（仅假设），又不会有新的内存分配，能有办法吗？答案是有的。

package string_slicebyte_test

import (
    "log"
    "reflect"
    "testing"
    "unsafe"
)

func stringtoslicebyte(s string) []byte {
    sh := (*reflect.StringHeader)(unsafe.Pointer(&s))
    bh := reflect.SliceHeader{
        Data: sh.Data,
        Len:  sh.Len,
        Cap:  sh.Len,
    }
    return *(*[]byte)(unsafe.Pointer(&bh))
}

func slicebytetostring(b []byte) string {
    bh := (*reflect.SliceHeader)(unsafe.Pointer(&b))
    sh := reflect.StringHeader{
        Data: bh.Data,
        Len:  bh.Len,
    }
    return *(*string)(unsafe.Pointer(&sh))
}

func TestStringSliceByte(t *testing.T) {
    s1 := "abc"
    b1 := []byte("def")
    copy(b1, s1)
    log.Println(s1, b1)

    s := "hello"
    b2 := stringtoslicebyte(s)
    log.Println(b2)
    // b2[0] = byte(99) unexpected fault address

    b3 := []byte("test")
    s3 := slicebytetostring(b3)
    log.Println(s3)
}

答案虽然有，但强烈推荐不要使用这种方法来转换类型，由于若是经过stringtoslicebyte将string转为[]byte的时候，共用的时同一块内存，原先的string内存区域是只读的，一但更改将会致使整个进程down掉，并且这个错误是runtime无法恢复的。

如何取舍？

既然string就是一系列字节，而[]byte也能够表达一系列字节，那么实际运用中应当如何取舍？

1. string能够直接比较，而[]byte不能够，因此[]byte不能够当map的key值。
2. 由于没法修改string中的某个字符，须要粒度小到操做一个字符时，用[]byte。
3. string值不可为nil，因此若是你想要经过返回nil表达额外的含义，就用[]byte。
4. []byte切片这么灵活，想要用切片的特性就用[]byte。
5. 须要大量字符串处理的时候用[]byte，性能好不少。
6. 最后脱离场景谈性能都是耍流氓，须要根据实际场景来抉择。