go语言中的for range
大家好,我是peachestao,今天是国庆节的最后一天,大部分人应该都已经返程了,不知道大家这个国庆玩的怎么样。
前段时间工作有点忙,加上生活中的一些事导致一个月没更新了,以后会加快更新频率。
分享是一个再学习的过程,不知道大家有没有过这样的体会:某个知识点写之前觉得掌握透了,但是当你写出来的时候发现自己对知识点的理解有盲区,只掌握了个大概,不知道来龙去脉,无法自圆其说。
秉着”写出来并让大家理解就是自己完全掌握透了的“分享原则,会逼着自己查阅各种资料并亲手实践,在这个过程中你会恍然大悟:”原来如此“。
分享前的我觉得懂->分享时的疑惑->查阅资料->亲手实践->新的认知,这个过程就是再学习的过程,也是精进的过程。
话不多说,进入今天的分享主题,for range语句是业务开发中编写频率很高的代码,其中会有一些常见的坑,看完这篇文章会让你少入坑。
先看一下提纲:
for range的基本用法
for range和for的区别
for range容易踩的坑
for range和for性能比较
for range的底层原理
总结
for range基本用法
range是Golang提供的一种迭代遍历手段,可操作的类型有数组、切片、string、map、channel等
1、遍历数组
myArray := [3]int{1, 2, 3}
for i, ele := range myArray {fmt.Printf("index:%d,element:%d\n", i, ele)fmt.Printf("index:%d,element:%d\n", i, myArray[i])
}
直接取元素或通过下标取
2、遍历slice
mySlice := []string{"I", "am", "peachesTao"}
for i, ele := range mySlice {fmt.Printf("index:%d,element:%s\n", i, ele)fmt.Printf("index:%d,element:%s\n", i, mySlice[i])
}
直接取元素或通过下标取
3、遍历string
s:="peachesTao"
for i,item := range s {fmt.Println(string(item))fmt.Printf("index:%d,element:%s\n", i, string(s[i]))
}
直接取元素或通过下标取
注意:循环体中string中的元素实际上是byte类型,需要转换为字面字符
4、遍历map
myMap := map[int]string{1:"语文",2:"数学",3:"英语"}
for key,value := range myMap {fmt.Printf("key:%d,value:%s\n", key, value)fmt.Printf("key:%d,value:%s\n", key, myMap[key])
}
直接取元素或通过下标取
5、遍历channel
myChannel := make(chan int)
go func() {for i:=0;i<10;i++{time.Sleep(time.Second)myChannel <- i}
}()go func() {for c := range myChannel {fmt.Printf("value:%d\n", c)}
}()
channel遍历是循环从channel中读取数据,如果channel中没有数据,则会阻塞等待,如果channel已被关闭,则会退出循环。
for range 和 for的区别
for range可以直接访问目标对象中的元素,而for必须通过下标访问
for frange可以访问map、channel对象,而for不可以
for range容易踩的坑
下面的例子是将mySlice中每个元素的后面都加上字符"-new"
mySlice := []string{"I", "am", "peachesTao"}
for _, ele := range mySlice {ele=ele+"-new"
}
fmt.Println(mySlice)
结果:
[I am peachesTao]
打印mySlice发现元素并没有更新,为什么会这样?
原因是for range语句会将目标对象中的元素copy一份值的副本,修改副本显然不能对原元素产生影响
为了证明上述结论,在遍历前和遍历中打印出元素的内存地址
mySlice := []string{"I", "am", "peachesTao"}
fmt.Printf("遍历前首元素内存地址:%p\n",&mySlice[0])
for _, ele := range mySlice {ele=ele+"-new"fmt.Printf("遍历中元素内存地址:%p\n",&ele)
}
fmt.Println(mySlice)
结果:
遍历前第一个元素内存地址:0xc000054180
遍历前第二个元素内存地址:0xc000054190
遍历前第三个元素内存地址:0xc0000541a0
遍历中元素内存地址:0xc000010200
遍历中元素内存地址:0xc000010200
遍历中元素内存地址:0xc000010200
[I am peachesTao]
可以得出两个结论:
遍历体中的元素内存地址已经发生了变化,生成了元素副本,至于产生副本的原因在“for range底层原理”段落中会有介绍
遍历体中的只生成了一个全局的元素副本变量,不是每个元素都会生成一个副本,这个特点也值得大家注意,否则会踩坑。
比如遍历mySlice元素生成一个[]*string类型的mySliceNew,要通过一个中间变量取中间变量的地址(或者通过下标的形式访问元素也可以)加入mySliceNew,如果直接取元素副本的地址会导致mySliceNew中所有元素都是一样的,如下:
mySlice := []string{"I", "am", "peachesTao"}
var mySliceNew []*string
for _, item := range mySlice {itemTemp := itemmySliceNew = append(mySliceNew, &itemTemp)//mySliceNew = append(mySliceNew, &item) 错误的做法
}
回到刚才那个问题,如何能在遍历中修改元素呢?答案是直接通过下标访问slice中的元素对其赋值,如下:
mySlice := []string{"I", "am", "peachesTao"}
for i, _ := range mySlice {mySlice[i] = mySlice[i]+"-new"
}
fmt.Println(mySlice)
结果:
[I-new am-new peachesTao-new]
可以看到元素已经被修改
for range和for性能比较
我们定义一个结构体Item,包含int类型的id字段,对结构体数组分别使用for、for range item、for range index的方式进行遍历,下面是测试代码(直接引用“Go语言高性能编程”这篇文章中的例子,下面的reference中有链接地址)
type Item struct {id int
}func BenchmarkForStruct(b *testing.B) {var items [1024]Itemfor i := 0; i < b.N; i++ {length := len(items)var tmp intfor k := 0; k < length; k++ {tmp = items[k].id}_ = tmp}
}func BenchmarkRangeIndexStruct(b *testing.B) {var items [1024]Itemfor i := 0; i < b.N; i++ {var tmp intfor k := range items {tmp = items[k].id}_ = tmp}
}func BenchmarkRangeStruct(b *testing.B) {var items [1024]Itemfor i := 0; i < b.N; i++ {var tmp intfor _, item := range items {tmp = item.id}_ = tmp}
}
运行基准测试命令:
go test -bench . test/for_range_performance_test.go
测试结果:
goos: darwin
goarch: amd64
BenchmarkForStruct-4 3176875 375 ns/op
BenchmarkRangeIndexStruct-4 3254553 369 ns/op
BenchmarkRangeStruct-4 3131196 384 ns/op
PASS
ok command-line-arguments 4.775s
可以看出:
for range 通过Index和直接访问元素的方式和for的方式遍历性能几乎无差异
下面我们在Item结构体添加一个byte类型长度为4096的数组字段val
type Item struct {id intval [4096]byte
}
再运行一遍基准测试,结果如下:
goos: darwin
goarch: amd64
BenchmarkForStruct-4 2901506 393 ns/op
BenchmarkRangeIndexStruct-4 3160203 381 ns/op
BenchmarkRangeStruct-4 1088 948678 ns/op
PASS
ok command-line-arguments 4.317s
可以看出:
for range通过下标遍历元素的性能跟for相差不大
for range直接遍历元素的性能比for慢近1000倍
结论:
for range通过下标遍历元素的性能跟for相差不大
for range直接遍历元素的性能在元素为小对象的情况下跟for相差不大,在元素为大对象的情况下比for慢很多
for range的底层原理
对于for-range语句的实现,可以从编译器源码中找到答案。
编译器源码gofrontend/go/statements.cc/For_range_statement::do_lower()【链接见下方
reference】
方法中有如下注释。
// Arrange to do a loop appropriate for the type. We will produce
// for INIT ; COND ; POST {
// ITER_INIT
// INDEX = INDEX_TEMP
// VALUE = VALUE_TEMP // If there is a value
// original statements
// }
可见range实际上是一个C风格的循环结构。range支持string、数组、数组指针、切片、map和channel类型,对于不同类型有些细节上的差异。
1、range for slice
下面的注释解释了遍历slice的过程:
For_range_statement::lower_range_slice
// The loop we generate:
// for_temp := range
// len_temp := len(for_temp)
// for index_temp = 0; index_temp < len_temp; index_temp++ {
// value_temp = for_temp[index_temp]
// index = index_temp
// value = value_temp
// original body
// }
遍历slice前会先获得slice的长度len_temp作为循环次数,循环体中,每次循环会先获取元素值,如果for-range中接收index和value的话,则会对index和value进行一次赋值,这就解释了对大元素进行遍历会影响性能,因为大对象赋值会产生gc
由于循环开始前循环次数就已经确定了,所以循环过程中新添加的元素是没办法遍历到的。
另外,数组与数组指针的遍历过程与slice基本一致,不再赘述。
2、range for map
下面的注释解释了遍历map的过程:
For_range_statement::lower_range_map
// The loop we generate:
// var hiter map_iteration_struct
// for mapiterinit(type, range, &hiter); hiter.key != nil; mapiternext(&hiter) {
// index_temp = *hiter.key
// value_temp = *hiter.val
// index = index_temp
// value = value_temp
// original body
// }
遍历map时没有指定循环次数,循环体与遍历slice类似。由于map底层实现与slice不同,map底层使用hash表实现,插入数据位置是随机的,所以遍历过程中新插入的数据不能保证遍历到。
3、range for channel
遍历channel是最特殊的,这是由channel的实现机制决定的:
For_range_statement::lower_range_channel
// The loop we generate:
// for {
// index_temp, ok_temp = <-range
// if !ok_temp {
// break
// }
// index = index_temp
// original body
// }
一直循环读数据,如果有数据则取出,如果没有则阻塞,如果channel被关闭则退出循环
注:
上述注释中index_temp实际上描述是有误的,应该为value_temp,因为index对于channel是没有意义的。
总结
使用index,value接收range返回值会产生一次数据拷贝,视情况考虑不接收,以提高性能
for-range的实现实际上是C风格的for循环
参考资料
【《Go专家编程》Go range实现原理及性能优化剖析 https://my.oschina.net/renhc/blog/2396058
【面试官:用过go中的for-range吗?这几个问题你能解释一下原因吗?】https://zhuanlan.zhihu.com/p/217987219
【Go语言高性能编程】https://geektutu.com/post/hpg-range.html
【gofrontend】https://github.com/golang/gofrontend/blob/master/go/statements.cc
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