Go中string与[]byte如何高效互转

小编给大家分享一下Go中string与[]byte如何高效互转，相信大部分人都还不怎么了解，因此分享这篇文章给大家参考一下，希望大家阅读完这篇文章后大有收获，下面让我们一起去了解一下吧！

前言

当我们使用go进行数据序列化或反序列化操作时，可能经常涉及到字符串和字节数组的转换。例如：

if str, err := json.Marshal(from); err != nil {    panic(err)} else {    return string(str)}

json序列化后为[]byte类型，需要将其转换为字符串类型。当数据量小时，类型间转换的开销可以忽略不计，但当数据量增大后，可能成为性能瓶颈，使用高效的转换方法能减少这方面的开销

数据结构

在了解其如何转换前，需要了解其底层数据结构

本文基于go 1.13.12

string：

type stringStruct struct {   str unsafe.Pointer   len int}

slice：

type slice struct {   array unsafe.Pointer   len   int   cap   int}

与slice的结构相比，string缺少一个表示容量的cap字段，因此不能对string遍历使用内置的cap()函数那为什么string不需要cap字段呢？因为go中string被设计为不可变类型（当然在很多其他语言中也是）,由于其不可像slice一样追加元素，也就不需要cap字段判断是否超出底层数组的容量，来决定是否扩容

只有len属性不影响for-range等读取操作，因为for-range操作只根据len决定是否跳出循环

那为什么字符串要设定为不可变呢？因为这样能保证字符串的底层数组不发生改变

举个例子，map中以string为键，如果底层字符数组改变，则计算出的哈希值也会发生变化，这样再从map中定位时就找不到之前的value，因此其不可变特性能避免这种情况发生，string也适合作为map的键。除此之外，不可变特性也能保障数据的线程安全

常规实现

字符串不可变有很多好处，为了维持其不可变特性，字符串和字节数组互转一般是通过数据拷贝的方式实现：

var a string = "hello world"var b []byte = []byte(a)  // string转[]bytea = string(b)             // []byte转string

这种方式实现简单，但是通过底层数据复制实现的，在编译期间分别转换成对slicebytetostring和stringtoslicebyte的函数调用

string转[]byte

func stringtoslicebyte(buf *tmpBuf, s string) []byte {   var b []byte   if buf != nil && len(s) <= len(buf) {      *buf = tmpBuf{}      b = buf[:len(s)]   } else {      // 申请内存      b = rawbyteslice(len(s))   }   // 复制数据   copy(b, s)   return b}

其根据返回值是否逃逸到堆上，以及buf的长度是否足够，判断选择使用buf还是调用rawbyteslice申请一个slice。但不管是哪种，都会执行一次copy拷贝底层数据

[]byte转string

func slicebytetostring(buf *tmpBuf, b []byte) (str string) {   l := len(b)   if l == 0 { return ""   }   if l == 1 {      stringStructOf(&str).str = unsafe.Pointer(&staticbytes[b[0]])      stringStructOf(&str).len = 1      return   }   var p unsafe.Pointer   if buf != nil && len(b) <= len(buf) {      p = unsafe.Pointer(buf)   } else {      p = mallocgc(uintptr(len(b)), nil, false)   }   // 赋值底层指针   stringStructOf(&str).str = p   // 赋值长度   stringStructOf(&str).len = len(b)   // 拷贝数据   memmove(p, (*(*slice)(unsafe.Pointer(&b))).array, uintptr(len(b)))   return}

首先处理长度为0或1的情况，再判断使用buf还是通过mallocgc新申请一段内存，但无论哪种方式，最后都要拷贝数据
这里设置了转换后字符串的len属性

高效实现

如果程序保证不对底层数据进行修改，那么只转换类型，不拷贝数据，是否可以提高性能？

unsafe.Pointer，int，uintpt这三种类型占用的内存大小相同

var v1 unsafe.Pointervar v2 intvar v3 uintptrfmt.Println(unsafe.Sizeof(v1)) // 8fmt.Println(unsafe.Sizeof(v2)) // 8fmt.Println(unsafe.Sizeof(v3)) // 8

因此从底层结构上来看string可以看做[2]uintptr，[]byte切片类型可以看做 [3]uintptr

那么从string转[]byte只需构建出 [3]uintptr{ptr,len,len}

这里我们为slice结构生成了cap字段，其实这里不生成cap字段对读取操作没有影响，但如果要往转换后的slice append元素可能有问题，原因如下：

这样做slice的cap属性是随机的，可能是大于len的值，那么append时就不会新开辟一段内存存放元素，而是在原数组后面追加，如果后面的内存不可写就会panic

[]byte转string更简单，直接转换指针类型即可，忽略cap字段

实现如下：

func stringTobyteSlice(s string) []byte {   tmp1 := (*[2]uintptr)(unsafe.Pointer(&s))   tmp2 := [3]uintptr{tmp1[0], tmp1[1], tmp1[1]}   return *(*[]byte)(unsafe.Pointer(&tmp2))}func byteSliceToString(bytes []byte) string {   return *(*string)(unsafe.Pointer(&bytes))}

这里使用unsafe.Pointer来转换不同类型的指针，没有底层数据的拷贝

性能测试

接下来对高效实现进行性能测试，这里选用长度为100的字符串或字节数组进行转换

分别测试以下4个方法：

func stringTobyteSlice(s string) []byte {   tmp1 := (*[2]uintptr)(unsafe.Pointer(&s))   tmp2 := [3]uintptr{tmp1[0], tmp1[1], tmp1[1]}   return *(*[]byte)(unsafe.Pointer(&tmp2))}func stringTobyteSliceOld(s string) []byte {   return []byte(s)}func byteSliceToString(bytes []byte) string {   return *(*string)(unsafe.Pointer(&bytes))}func byteSliceToStringOld(bytes []byte) string {   return string(bytes)}

测试结果如下：

BenchmarkStringToByteSliceOld-12 28637332 42.0 ns/op

BenchmarkStringToByteSliceNew-12 1000000000 0.496 ns/op

BenchmarkByteSliceToStringOld-12 32595271 36.0 ns/op

BenchmarkByteSliceToStringNew-12 1000000000 0.256 ns/op

可以看出性能差距比较大，如果需要转换的字符串或字节数组长度更长，性能提升更加明显

以上是"Go中string与[]byte如何高效互转"这篇文章的所有内容，感谢各位的阅读！相信大家都有了一定的了解，希望分享的内容对大家有所帮助，如果还想学习更多知识，欢迎关注行业资讯频道！