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Go string 实现原理剖析（你真的了解string吗）

日期：2019-03-08点击：454收藏

string标准概念

Go标准库builtin给出了所有内置类型的定义。源代码位于src/builtin/builtin.go，其中关于string的描述如下:

// 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. type string string

所以string是8比特字节的集合，通常但并不一定是UTF-8编码的文本。

另外，还提到了两点，非常重要：

string可以为空（长度为0），但不会是nil；
string对象不可以修改。

string 数据结构

源码包src/runtime/string.go:stringStruct定义了string的数据结构：

type stringStruct struct { str unsafe.Pointer len int }

其数据结构很简单：

stringStruct.str：字符串的首地址；
stringStruct.len：字符串的长度；

string数据结构跟切片有些类似，只不过切片还有一个表示容量的成员，事实上string和切片，准确的说是byte切片经常发生转换。这个后面再详细介绍。

string操作

声明

如下代码所示，可以声明一个string变量变赋予初值：

 var str string str = "Hello World"

字符串构建过程是先跟据字符串构建stringStruct，再转换成string。转换的源码如下：

func gostringnocopy(str *byte) string { // 跟据字符串地址构建string ss := stringStruct{str: unsafe.Pointer(str), len: findnull(str)} // 先构造stringStruct s := *(*string)(unsafe.Pointer(&ss)) // 再将stringStruct转换成string return s }

string在runtime包中就是stringStruct，对外呈现叫做string。

[]byte转string

byte切片可以很方便的转换成string，如下所示：

func GetStringBySlice(s []byte) string { return string(s) }

需要注意的是这种转换需要一次内存拷贝。

转换过程如下：

跟据切片的长度申请内存空间，假设内存地址为p，切片长度为len(b)；
构建string（string.str = p；string.len = len；）
拷贝数据(切片中数据拷贝到新申请的内存空间)

转换示意图：

string转[]byte

string也可以方便的转成byte切片，如下所示：

func GetSliceByString(str string) []byte { return []byte(str) }

string转换成byte切片，也需要一次内存拷贝，其过程如下：

申请切片内存空间
将string拷贝到切片

转换示意图：

字符串拼接

字符串可以很方便的拼接，像下面这样：

str := "Str1" + "Str2" + "Str3"

即便有非常多的字符串需要拼接，性能上也有比较好的保证，因为新字符串的内存空间是一次分配完成的，所以性能消耗主要在拷贝数据上。

一个拼接语句的字符串编译时都会被存放到一个切片中，拼接过程需要遍历两次切片，第一次遍历获取总的字符串长度，据此申请内存，第二次遍历会把字符串逐个拷贝过去。

字符串拼接伪代码如下：

func concatstrings(a []string) string { // 字符串拼接 length := 0 // 拼接后总的字符串长度 for _, str := range a { length += length(str) } s, b := rawstring(length) // 生成指定大小的字符串，返回一个string和切片，二者共享内存空间 for _, str := range a { copy(b, str) // string无法修改，只能通过切片修改 b = b[len(str):] } return s }

因为string是无法直接修改的，所以这里使用rawstring()方法初始化一个指定大小的string，同时返回一个切片，二者共享同一块内存空间，后面向切片中拷贝数据，也就间接修改了string。

rawstring()源代码如下：

func rawstring(size int) (s string, b []byte) { // 生成一个新的string，返回的string和切片共享相同的空间 p := mallocgc(uintptr(size), nil, false) stringStructOf(&s).str = p stringStructOf(&s).len = size *(*slice)(unsafe.Pointer(&b)) = slice{p, size, size} return }