1 range 的简单回顾
Go 语言中，range 可以用来很方便地遍历数组(array)、切片(slice)、字典(map)和信道(chan)
1.1 array/slice
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words := []string{"Go", "语言", "高性能", "编程"}
for i, s := range words {
words = append(words, "test")
fmt.Println(i, s)
}
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输出结果如下：
- 变量 words 在循环开始前，仅会计算一次，如果在循环中修改切片的长度不会改变本次循环的次数。
- 迭代过程中，每次迭代的下标和值被赋值给变量 i 和 s，第二个参数 s 是可选的。
- 针对 nil 切片，迭代次数为 0。
range 还有另一种只遍历下标的写法，这种写法与 for 几乎没什么差异了。
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for i := range words {
fmt.Println(i, words[i])
}
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输出也是一样的：
1.2 map
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m := map[string]int{
"one": 1,
"two": 2,
"three": 3,
}
for k, v := range m {
delete(m, "two")
m["four"] = 4
fmt.Printf("%v: %v\n", k, v)
}
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输出结果为：
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one: 1
four: 4
three: 3
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- 和切片不同的是，迭代过程中，删除还未迭代到的键值对，则该键值对不会被迭代。
- 在迭代过程中，如果创建新的键值对，那么新增键值对，可能被迭代，也可能不会被迭代。
- 针对 nil 字典，迭代次数为 0
1.3 channel
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ch := make(chan string)
go func() {
ch <- "Go"
ch <- "语言"
ch <- "高性能"
ch <- "编程"
close(ch)
}()
for n := range ch {
fmt.Println(n)
}
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- 发送给信道(channel) 的值可以使用 for 循环迭代，直到信道被关闭。
- 如果是 nil 信道，循环将永远阻塞。
2 for 和 range 的性能比较
2.1 []int
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func generateWithCap(n int) []int {
rand.Seed(time.Now().UnixNano())
nums := make([]int, 0, n)
for i := 0; i < n; i++ {
nums = append(nums, rand.Int())
}
return nums
}
func BenchmarkForIntSlice(b *testing.B) {
nums := generateWithCap(1024 * 1024)
for i := 0; i < b.N; i++ {
len := len(nums)
var tmp int
for k := 0; k < len; k++ {
tmp = nums[k]
}
_ = tmp
}
}
func BenchmarkRangeIntSlice(b *testing.B) {
nums := generateWithCap(1024 * 1024)
for i := 0; i < b.N; i++ {
var tmp int
for _, num := range nums {
tmp = num
}
_ = tmp
}
}
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运行结果如下：
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$ go test -bench=IntSlice$ .
goos: darwin
goarch: amd64
pkg: example/hpg-range
BenchmarkForIntSlice-8 3603 324512 ns/op
BenchmarkRangeIntSlice-8 3591 322744 ns/op
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generateWithCap 用于生成长度为 n 元素类型为 int 的切片。- 从最终的结果可以看到，遍历 []int 类型的切片，for 与 range 性能几乎没有区别。
2.2 []struct
那如果是稍微复杂一点的 []struct 类型呢？
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type Item struct {
id int
val [4096]byte
}
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
}
}
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先看下 Benchmark 的结果：
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$ go test -bench=Struct$ .
goos: darwin
goarch: amd64
pkg: example/hpg-range
BenchmarkForStruct-8 3769580 324 ns/op
BenchmarkRangeIndexStruct-8 3597555 330 ns/op
BenchmarkRangeStruct-8 2194 467411 ns/op
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- 仅遍历下标的情况下，for 和 range 的性能几乎是一样的。
items 的每一个元素的类型是一个结构体类型 Item，Item 由两个字段构成，一个类型是 int，一个是类型是 [4096]byte，也就是说每个 Item 实例需要申请约 4KB 的内存。- 在这个例子中，for 的性能大约是 range (同时遍历下标和值) 的 2000 倍。
2.3 []int 和 []struct{} 的性能差异
与 for 不同的是，range 对每个迭代值都创建了一个拷贝。因此如果每次迭代的值内存占用很小的情况下，for 和 range 的性能几乎没有差异，但是如果每个迭代值内存占用很大，例如上面的例子中，每个结构体需要占据 4KB 的内存，这种情况下差距就非常明显了。
我们可以用一个非常简单的例子来证明 range 迭代时，返回的是拷贝。
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persons := []struct{ no int }{{no: 1}, {no: 2}, {no: 3}}
for _, s := range persons {
s.no += 10
}
for i := 0; i < len(persons); i++ {
persons[i].no += 100
}
fmt.Println(persons)
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persons 是一个长度为 3 的切片，每个元素是一个结构体。- 使用
range 迭代时，试图将每个结构体的 no 字段增加 10，但修改无效，因为 range 返回的是拷贝。
- 使用
for 迭代时，将每个结构体的 no 字段增加 100，修改有效。
2.4 []*struct{}
那如果切片中是指针，而不是结构体呢？
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func generateItems(n int) []*Item {
items := make([]*Item, 0, n)
for i := 0; i < n; i++ {
items = append(items, &Item{id: i})
}
return items
}
func BenchmarkForPointer(b *testing.B) {
items := generateItems(1024)
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 BenchmarkRangePointer(b *testing.B) {
items := generateItems(1024)
for i := 0; i < b.N; i++ {
var tmp int
for _, item := range items {
tmp = item.id
}
_ = tmp
}
}
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运行结果如下：
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goos: darwin
goarch: amd64
pkg: example/hpg-range
BenchmarkForPointer-8 271279 4160 ns/op
BenchmarkRangePointer-8 264068 4194 ns/op
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切片元素从结构体 Item 替换为指针 *Item 后，for 和 range 的性能几乎是一样的。而且使用指针还有另一个好处，可以直接修改指针对应的结构体的值。
3 总结
range 在迭代过程中返回的是迭代值的拷贝，如果每次迭代的元素的内存占用很低，那么 for 和 range 的性能几乎是一样，例如 []int。但是如果迭代的元素内存占用较高，例如一个包含很多属性的 struct 结构体，那么 for 的性能将显著地高于 range，有时候甚至会有上千倍的性能差异。对于这种场景，建议使用 for，如果使用 range，建议只迭代下标，通过下标访问迭代值，这种使用方式和 for 就没有区别了。如果想使用 range 同时迭代下标和值，则需要将切片/数组的元素改为指针，才能不影响性能。
