go语言for range使用

时间:2022-09-29 peachesTao 人气:0

前言

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。

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 := item
    mySliceNew = 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]Item
  for i := 0; i < b.N; i++ {
    length := len(items)
    var tmp int
    for k := 0; k < length; k++ {
      tmp = items[k].id
    }
    _ = tmp
  }
}
 
func BenchmarkRangeIndexStruct(b *testing.B) {
  var items [1024]Item
  for i := 0; i < b.N; i++ {
    var tmp int
    for k := range items {
      tmp = items[k].id
    }
    _ = tmp
  }
}
 
func BenchmarkRangeStruct(b *testing.B) {
  var items [1024]Item
  for i := 0; i < b.N; i++ {
    var tmp int
    for _, 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  int
  val [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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