Go：字符串以及转换优化

ℹ️  这篇文章基于 Go 1.14。

在 Go 语言中，将 byte 数组转换为 string 时，随着转换后字符串的拷贝，可能会触发内存分配。然而，将 bytes 转换为 string 仅仅是为了满足代码约束，比如在 switch 语句中的比较，又比如在 map 中的 key，这些场景下的转换绝对是在浪费 CPU 时间。来一起看一些案例，以及一些已有的优化。

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转换操作（Conversion）

将 byte 数组转换为 string 涉及的操作有：

• 如果变量超过了当前堆栈帧的作用域，在堆上为新的 string 分配内存。
• bytes 到 string 的拷贝

关于逃逸分析的更多细节，建议阅读我的文章：“Go：介绍逃逸分析。^[1]”

这是完成这两个步骤的简要程序：

这是该转换操作的示意图：

如果想更多了解 copy 函数，建议阅读我的文章“Go：切片以及内存管理^[2]”

在运行时层面，Go 在转换期间只提供一种优化。如果转换的 byte 数字实际只包含一个字节，返回的 string 会指向一个静态的 byte 数组，该数组嵌入在运行时中：

然而，如果这个 string 之后被修改，分配新值之前会从堆上面分配内存。

Go 编译器同样提供一些优化，可以省略我们所见到的两个转换阶段。

Switch

先以一个以比较为目的，转换为 string 的示例开始：

这个用来说明字符串优化的实例通过使用 getBytes 函数强制在堆上进行分配。这样避免了要介绍的字符串优化被编译器的其他优化所隐藏。

在这个示例中，仅有 switch 指令使用了转换，而且由于仅仅需要与实际内容进行比较，Go 可以避免转换操作。Go 实际上通过移除转换操作，并且直接指向底层的 byte 数组来优化这段代码。

我们也可以通过生成的汇编指令来了解具体优化细节：

Go 在比较操作中直接使用返回的 bytes。首先比较 byte 数组和 case 语句（case 后面的字符串）的大小，之后检查字符串本身（字面值）。在 switch 语句外分配 string，会导致内存的分配，因为编译器无法得知这个 string 后续是否还会使用。

优化

switch 并不是字符串转换的唯一的一个优化。Go 编译器会在其他示例中应用这样的优化，比如：

• 访问 map 中的元素。这是一个例子：

当访问 map 时，实际上不需要进行转换，这样能使访问更快。

• 字符串连接。这是一个例子：

byte 数组与一些 string 的连接不会引起任何内存分配，也不会引起 byte 的任何转换。就像前面看到的一样，连接会直接引用底层的数组。

• 字符串比较。这里是一些例子：

这个例子与 switch 类似。首先比较 string 的大小和 byte 数组的大小，之后再比较字符串。

via: https://medium.com/a-journey-with-go/go-string-conversion-optimization-767b019b75ef

作者：Vincent Blanchon^[3]译者：dust347^[4]校对：polaris1119^[5]

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参考资料