Go語(yǔ)言怎么高效的進(jìn)行字符串拼接

本篇內(nèi)容主要講解“Go語(yǔ)言怎么高效的進(jìn)行字符串拼接”，感興趣的朋友不妨來(lái)看看。本文介紹的方法操作簡(jiǎn)單快捷，實(shí)用性強(qiáng)。下面就讓小編來(lái)帶大家學(xué)習(xí)“Go語(yǔ)言怎么高效的進(jìn)行字符串拼接”吧!

string類(lèi)型

我們首先來(lái)了解一下Go語(yǔ)言中string類(lèi)型的結(jié)構(gòu)定義，先來(lái)看一下官方定義：

// 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

string是一個(gè)8位字節(jié)的集合，通常但不一定代表UTF-8編碼的文本。string可以為空，但是不能為nil。string的值是不能改變的。

string類(lèi)型本質(zhì)也是一個(gè)結(jié)構(gòu)體，定義如下：

type stringStruct struct {
    str unsafe.Pointer
    len int
}

stringStruct和slice還是很相似的，str指針指向的是某個(gè)數(shù)組的首地址，len代表的就是數(shù)組長(zhǎng)度。怎么和slice這么相似，底層指向的也是數(shù)組，是什么數(shù)組呢？我們看看他在實(shí)例化時(shí)調(diào)用的方法：

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

入?yún)⑹且粋€(gè)byte類(lèi)型的指針，從這我們可以看出string類(lèi)型底層是一個(gè)byte類(lèi)型的數(shù)組，所以我們可以畫(huà)出這樣一個(gè)圖片：

string類(lèi)型本質(zhì)上就是一個(gè)byte類(lèi)型的數(shù)組，在Go語(yǔ)言中string類(lèi)型被設(shè)計(jì)為不可變的，不僅是在Go語(yǔ)言，其他語(yǔ)言中string類(lèi)型也是被設(shè)計(jì)為不可變的，這樣的好處就是：在并發(fā)場(chǎng)景下，我們可以在不加鎖的控制下，多次使用同一字符串，在保證高效共享的情況下而不用擔(dān)心安全問(wèn)題。

string類(lèi)型雖然是不能更改的，但是可以被替換，因?yàn)?code>stringStruct中的str指針是可以改變的，只是指針指向的內(nèi)容是不可以改變的，也就說(shuō)每一個(gè)更改字符串，就需要重新分配一次內(nèi)存，之前分配的空間會(huì)被gc回收。

字符串拼接的6種方式及原理

原生拼接方式"+"

Go語(yǔ)言原生支持使用+操作符直接對(duì)兩個(gè)字符串進(jìn)行拼接，使用例子如下：

var s string
s += "asong"
s += "真帥"

這種方式使用起來(lái)最簡(jiǎn)單，基本所有語(yǔ)言都有提供這種方式，使用+操作符進(jìn)行拼接時(shí)，會(huì)對(duì)字符串進(jìn)行遍歷，計(jì)算并開(kāi)辟一個(gè)新的空間來(lái)存儲(chǔ)原來(lái)的兩個(gè)字符串。

字符串格式化函數(shù)fmt.Sprintf

Go語(yǔ)言中默認(rèn)使用函數(shù)fmt.Sprintf進(jìn)行字符串格式化，所以也可使用這種方式進(jìn)行字符串拼接：

str := "asong"
str = fmt.Sprintf("%s%s", str, str)

fmt.Sprintf實(shí)現(xiàn)原理主要是使用到了反射，具體源碼分析因?yàn)槠脑蚓筒辉谶@里詳細(xì)分析了，看到反射，就會(huì)產(chǎn)生性能的損耗，你們懂得?。?！

Strings.builder

Go語(yǔ)言提供了一個(gè)專(zhuān)門(mén)操作字符串的庫(kù)strings，使用strings.Builder可以進(jìn)行字符串拼接，提供了writeString方法拼接字符串，使用方式如下：

var builder strings.Builder
builder.WriteString("asong")
builder.String()

strings.builder的實(shí)現(xiàn)原理很簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)如下：

type Builder struct {
    addr *Builder // of receiver, to detect copies by value
    buf  []byte // 1
}

addr字段主要是做copycheck，buf字段是一個(gè)byte類(lèi)型的切片，這個(gè)就是用來(lái)存放字符串內(nèi)容的，提供的writeString()方法就是像切片buf中追加數(shù)據(jù)：

func (b *Builder) WriteString(s string) (int, error) {
	b.copyCheck()
	b.buf = append(b.buf, s...)
	return len(s), nil
}

提供的String方法就是將[]]byte轉(zhuǎn)換為string類(lèi)型，這里為了避免內(nèi)存拷貝的問(wèn)題，使用了強(qiáng)制轉(zhuǎn)換來(lái)避免內(nèi)存拷貝：

func (b *Builder) String() string {
	return *(*string)(unsafe.Pointer(&b.buf))
}

bytes.Buffer

因?yàn)?code>string類(lèi)型底層就是一個(gè)byte數(shù)組，所以我們就可以Go語(yǔ)言的bytes.Buffer進(jìn)行字符串拼接。bytes.Buffer是一個(gè)一個(gè)緩沖byte類(lèi)型的緩沖器，這個(gè)緩沖器里存放著都是byte。使用方式如下：

buf := new(bytes.Buffer)
buf.WriteString("asong")
buf.String()

bytes.buffer底層也是一個(gè)[]byte切片，結(jié)構(gòu)體如下：

type Buffer struct {
	buf      []byte // contents are the bytes buf[off : len(buf)]
	off      int    // read at &buf[off], write at &buf[len(buf)]
	lastRead readOp // last read operation, so that Unread* can work correctly.
}

因?yàn)?code>bytes.Buffer可以持續(xù)向Buffer尾部寫(xiě)入數(shù)據(jù)，從Buffer頭部讀取數(shù)據(jù)，所以off字段用來(lái)記錄讀取位置，再利用切片的cap特性來(lái)知道寫(xiě)入位置，這個(gè)不是本次的重點(diǎn)，重點(diǎn)看一下WriteString方法是如何拼接字符串的：

func (b *Buffer) WriteString(s string) (n int, err error) {
	b.lastRead = opInvalid
	m, ok := b.tryGrowByReslice(len(s))
	if !ok {
		m = b.grow(len(s))
	}
	return copy(b.buf[m:], s), nil
}

切片在創(chuàng)建時(shí)并不會(huì)申請(qǐng)內(nèi)存塊，只有在往里寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)才會(huì)申請(qǐng)，首次申請(qǐng)的大小即為寫(xiě)入數(shù)據(jù)的大小。如果寫(xiě)入的數(shù)據(jù)小于64字節(jié)，則按64字節(jié)申請(qǐng)。采用動(dòng)態(tài)擴(kuò)展slice的機(jī)制，字符串追加采用copy的方式將追加的部分拷貝到尾部，copy是內(nèi)置的拷貝函數(shù)，可以減少內(nèi)存分配。

但是在將[]byte轉(zhuǎn)換為string類(lèi)型依舊使用了標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)型，所以會(huì)發(fā)生內(nèi)存分配：

func (b *Buffer) String() string {
	if b == nil {
		// Special case, useful in debugging.
		return "<nil>"
	}
	return string(b.buf[b.off:])
}

strings.join

Strings.join方法可以將一個(gè)string類(lèi)型的切片拼接成一個(gè)字符串，可以定義連接操作符，使用如下：

baseSlice := []string{"asong", "真帥"}
strings.Join(baseSlice, "")

strings.join也是基于strings.builder來(lái)實(shí)現(xiàn)的，代碼如下：

func Join(elems []string, sep string) string {
	switch len(elems) {
	case 0:
		return ""
	case 1:
		return elems[0]
	}
	n := len(sep) * (len(elems) - 1)
	for i := 0; i < len(elems); i++ {
		n += len(elems[i])
	}

	var b Builder
	b.Grow(n)
	b.WriteString(elems[0])
	for _, s := range elems[1:] {
		b.WriteString(sep)
		b.WriteString(s)
	}
	return b.String()
}

唯一不同在于在join方法內(nèi)調(diào)用了b.Grow(n)方法，這個(gè)是進(jìn)行初步的容量分配，而前面計(jì)算的n的長(zhǎng)度就是我們要拼接的slice的長(zhǎng)度，因?yàn)槲覀儌魅肭衅L(zhǎng)度固定，所以提前進(jìn)行容量分配可以減少內(nèi)存分配，很高效。

切片append

因?yàn)?code>string類(lèi)型底層也是byte類(lèi)型數(shù)組，所以我們可以重新聲明一個(gè)切片，使用append進(jìn)行字符串拼接，使用方式如下：

buf := make([]byte, 0)
base = "asong"
buf = append(buf, base...)
string(base)

如果想減少內(nèi)存分配，在將[]byte轉(zhuǎn)換為string類(lèi)型時(shí)可以考慮使用強(qiáng)制轉(zhuǎn)換。

Benchmark對(duì)比

上面我們總共提供了6種方法，原理我們基本知道了，那么我們就使用Go語(yǔ)言中的Benchmark來(lái)分析一下到底哪種字符串拼接方式更高效。我們主要分兩種情況進(jìn)行分析：

• 少量字符串拼接

• 大量字符串拼接

我們先定義一個(gè)基礎(chǔ)字符串：

var base  = "123456789qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmQWERTYUIOPASFGHJKLZXCVBNM"

少量字符串拼接的測(cè)試我們就采用拼接一次的方式驗(yàn)證，base拼接base，因此得出benckmark結(jié)果：

goos: darwin
goarch: amd64
pkg: asong.cloud/Golang_Dream/code_demo/string_join/once
cpu: Intel(R) Core(TM) i9-9880H CPU @ 2.30GHz
BenchmarkSumString-16           21338802                49.19 ns/op          128 B/op          1 allocs/op
BenchmarkSprintfString-16        7887808               140.5 ns/op           160 B/op          3 allocs/op
BenchmarkBuilderString-16       27084855                41.39 ns/op          128 B/op          1 allocs/op
BenchmarkBytesBuffString-16      9546277               126.0 ns/op           384 B/op          3 allocs/op
BenchmarkJoinstring-16          24617538                48.21 ns/op          128 B/op          1 allocs/op
BenchmarkByteSliceString-16     10347416               112.7 ns/op           320 B/op          3 allocs/op
PASS
ok      asong.cloud/Golang_Dream/code_demo/string_join/once     8.412s

大量字符串拼接的測(cè)試我們先構(gòu)建一個(gè)長(zhǎng)度為200的字符串切片：

var baseSlice []string
for i := 0; i < 200; i++ {
		baseSlice = append(baseSlice, base)
}

然后遍歷這個(gè)切片不斷的進(jìn)行拼接，因?yàn)榭梢缘贸?code>benchmark:

goos: darwin
goarch: amd64
pkg: asong.cloud/Golang_Dream/code_demo/string_join/muliti
cpu: Intel(R) Core(TM) i9-9880H CPU @ 2.30GHz
BenchmarkSumString-16                       7396            163612 ns/op         1277713 B/op        199 allocs/op
BenchmarkSprintfString-16                   5946            202230 ns/op         1288552 B/op        600 allocs/op
BenchmarkBuilderString-16                 262525              4638 ns/op           40960 B/op          1 allocs/op
BenchmarkBytesBufferString-16             183492              6568 ns/op           44736 B/op          9 allocs/op
BenchmarkJoinstring-16                    398923              3035 ns/op           12288 B/op          1 allocs/op
BenchmarkByteSliceString-16               144554              8205 ns/op           60736 B/op         15 allocs/op
PASS
ok      asong.cloud/Golang_Dream/code_demo/string_join/muliti   10.699s

結(jié)論

通過(guò)兩次benchmark對(duì)比，我們可以看到當(dāng)進(jìn)行少量字符串拼接時(shí)，直接使用+操作符進(jìn)行拼接字符串，效率還是挺高的，但是當(dāng)要拼接的字符串?dāng)?shù)量上來(lái)時(shí)，+操作符的性能就比較低了；函數(shù)fmt.Sprintf還是不適合進(jìn)行字符串拼接，無(wú)論拼接字符串?dāng)?shù)量多少，性能損耗都很大，還是老老實(shí)實(shí)做他的字符串格式化就好了；strings.Builder無(wú)論是少量字符串的拼接還是大量的字符串拼接，性能一直都能穩(wěn)定，這也是為什么Go語(yǔ)言官方推薦使用strings.builder進(jìn)行字符串拼接的原因，在使用strings.builder時(shí)最好使用Grow方法進(jìn)行初步的容量分配，觀(guān)察strings.join方法的benchmark就可以發(fā)現(xiàn)，因?yàn)槭褂昧?code>grow方法，提前分配好內(nèi)存，在字符串拼接的過(guò)程中，不需要進(jìn)行字符串的拷貝，也不需要分配新的內(nèi)存，這樣使用strings.builder性能最好，且內(nèi)存消耗最小。bytes.Buffer方法性能是低于strings.builder的，bytes.Buffer 轉(zhuǎn)化為字符串時(shí)重新申請(qǐng)了一塊空間，存放生成的字符串變量，不像strings.buidler這樣直接將底層的 []byte 轉(zhuǎn)換成了字符串類(lèi)型返回，這就占用了更多的空間。

同步最后分析的結(jié)論：

無(wú)論什么情況下使用strings.builder進(jìn)行字符串拼接都是最高效的，不過(guò)要主要使用方法，記得調(diào)用grow進(jìn)行容量分配，才會(huì)高效。strings.join的性能約等于strings.builder，在已經(jīng)字符串slice的時(shí)候可以使用，未知時(shí)不建議使用，構(gòu)造切片也是有性能損耗的；如果進(jìn)行少量的字符串拼接時(shí)，直接使用+操作符是最方便也是性能最高的，可以放棄strings.builder的使用。

綜合對(duì)比性能排序：

strings.join ≈ strings.builder > bytes.buffer > []byte轉(zhuǎn)換string > "+" > fmt.sprintf

到此，相信大家對(duì)“Go語(yǔ)言怎么高效的進(jìn)行字符串拼接”有了更深的了解，不妨來(lái)實(shí)際操作一番吧！這里是億速云網(wǎng)站，更多相關(guān)內(nèi)容可以進(jìn)入相關(guān)頻道進(jìn)行查詢(xún)，關(guān)注我們，繼續(xù)學(xué)習(xí)！