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Go Range Loop Internals
整理自 https://garbagecollected.org/2017/02/22/go-range-loop-internals/
下面这段程序会终止吗？
v := []int{1, 2, 3}
for i := range v {
v = append(v, i)
}
Step 1: 请阅读该死的使用手册
第一件事就是去读关于 range loop 的文档。文档在 the for statement section "For statements with range clause" 下。
先来个示例：
for i := range a {
fmt.Println(i)
}
range变量
range 左边变量（上面的i）的赋值大部分使用下面两种形式：
- 赋值（
=） - 短变量声明（
:=）
你也可以忽略它。
如果你使用 := ，Go在每次迭代时都会复用这个变量（仅在循环内部）。
range 表达式
range 右边的（上面的 a）你可以叫做 range 表达式。可以是下面几种：
- 数组
array - 数组的指针
- 切片
slice - 字符串
string - 字典
map - 可以接收值的
channel，比如chan intorchan<- int
在循环前 range 表达式仅被求值一次。关于这条规则有一点需要注意：如果你遍历的是数组（或者数组的指针），而你仅仅获取索引，那么只有 len(a) 被计算。仅计算len(a)意味着表达式a可能在编译期就求值了，然后被编译器用一个常量替换。The spec for the len function 里解释道：
如果
s的类型是数组或者数组的指针，并且s不包含channel接收或者（非常量）函数调用，那么len(s)和cap(s)的值是常量值，这种情况下s不会被求值。
你怎样才能调用一个表达式仅一次？通过把它赋值给一个变量。
有趣的是说明文档提到了一些关于增/删map的（没有提到切片）：
如果迭代期间删除了尚未到达的map条目，那么就不会产生相应的迭代值。如果迭代期间创建了map条目，该条目可能在迭代期间产生，也可能被跳过。
我稍后会说到map。
Step 2: range支持的数据类型
记住一点：在Go中，你赋值的一切都会拷贝。如果你赋值一个指针，你会拷贝指针，如果你赋值结构体，你也会拷贝结构体。把参数传给函数也是这样。
| 类型 | 对应的语法糖 |
|---|---|
| 数组 | 就是数组 |
| 字符串 | 保存有长度字段和底层数组指针的结构体 |
| 切片 | 保存有长度、容量字段和底层数组指针的结构体 |
| 字典 | 一个结构体指针 |
| channel | 一个结构体指针 |
请看博客下方了解这些数据类型的内部结构。
这是什么意思呢？这些例子高亮显示了一些不同。
// copies the entire array
var a [10]int
acopy := a
// copies the slice header struct only, NOT the backing array
s := make([]int, 10)
scopy := s
// copies the map pointer only
m := make(map[string]int)
mcopy := m
所以，如果在 range 表达式开始你把一个数组赋值给一个变量（确保它只被求值一次），你将会拷贝整个数组。
Step 3: Go编译器源码
懒惰的我简单的google了下Go编译器源码。我第一个找的是编译器的GCC版本。有趣的是下面的注释（在statements.cc中）：
// 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
// }
现在我们已经取得了一些进展。毫不意外地，range循环只是内部C风格循环的语法糖。range支持的每种类型都有特定的语法糖。比如，数组：
// The loop we generate:
// len_temp := len(range)
// range_temp := range
// for index_temp = 0; index_temp < len_temp; index_temp++ {
// value_temp = range_temp[index_temp]
// index = index_temp
// value = value_temp
// original body
// }
切片：
// 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
// }
共同的主题是：
- 所有的一切都只是C风格的循环。
- 你迭代的东西被赋值给一个临时变量。
这是在GCC前端。我知道的大多数人使用gc编译器作为Go的发布。看起来编译器做了差不多相同的事情。
我们了解的
- 循环变量是复用的并且每次迭代都被赋值。
- range表达式在循环开始前被求值一次，并赋值给一个变量。
- 迭代map时你可以删除或者添加值。添加的值可能会也可能不会出现在循环中。
掌握了这些后，让我们回过头来看看博客开始处的例子。
v := []int{1, 2, 3}
for i := range v {
v = append(v, i)
}
程序会终止的原因就像下面转换过的代码展示的那样：
for_temp := v
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
v = append(v, index)
}
我们知道切片就是个语法糖，它是一个含有指向底层数组指针的结构体。循环在for_temp上迭代，for_temp是v结构体的一个拷贝。变量v的任何改变都不会影响另一个结构体拷贝。结构体共享的是底层数组的指针，所以像v[i] = 1这样的代码是可以正常工作的。
再一次，像上面例子展示的那样，数组会在循环开始之前被赋值给一个临时变量，这意味着将会拷贝整个数组。指针可以正常工作的原因是拷贝的是指针值而不是数组。
附：maps
在说明文档中，我们看到：
- 在迭代字典时添加或者删除元素是安全的。
- 如果你添加了一个元素，这个元素可能会也可能不会出现在下次迭代中。
为什么会是这样？首先我们知道，map是一个结构体的指针。在开始之前，拷贝的是指针而不是内部的数据结构，因此在循环内增删key是可以的。这是有道理的。
为什么你在接下来的迭代中可能看不到你新加的元素？如果你知道hash表是怎么工作的（map实际上就是hash表），你应该知道在hash表内条目的顺序是不固定的。你新加的条目有可能被hash到0索引的位置。所以如果你假设Go会以任意顺序遍历数组，那么你是否会在循环内看到你新加的元素是无法预测的。毕竟你可能已经经过了0索引的位置。在Go map中是不确定会发生什么的，还是让编译器决定吧。
参考
- The Go Programming Language Specification
- Go slices: usage and internals
- Go Data Structures
- Inside the map implementation: slides | video
- Understanding nil: slides | video
- string source code
- slice source code
- map source code
- channel source code