go基础09-Go语言的字符串类型

字符串类型是现代编程语言中最常使用的数据类型之一。在Go语言的先祖之一C语言当中，字符串类型并没有被显式定义，而是以字符串字面值常量或以’\0’结尾的字符类型（char）数组来呈现的：

#define GOAUTHERS "Robert Griesemer, Rob Pike, and Ken Thompson"
const char * s = "hello world"
char s[] = "hello gopher"

这给C程序员在使用字符串时带来一些问题，诸如：

● 类型安全性差；

● 字符串操作要时时刻刻考虑结尾的’\0’；

● 字符串数据可变（主要指以字符数组形式定义的字符串类型）；

● 获取字符串长度代价大（O(n)的时间复杂度）；

● 未内置对非ASCII字符（如中文字符）的处理。

Go语言修复了C语言的这一“缺陷”，内置了string类型，统一了对字符串的抽象。

Go语言的字符串类型

在Go语言中，无论是字符串常量、字符串变量还是代码中出现的字符串字面量，它们的类型都被统一设置为string：

const (
	s = "string constant"
)
func main() {
	var s1 string = "string variable"
	fmt.Printf("%T\n", s) // string
	fmt.Printf("%T\n", s1) // string
	fmt.Printf("%T\n", "temporary string literal") // string
}

Go的string类型设计充分吸取了C语言字符串设计的经验教训，并结合了其他主流语言在字符串类型设计上的最佳实践，最终呈现的string类型具有如下功能特点。

（1）string类型的数据是不可变的

一旦声明了一个string类型的标识符，无论是常量还是变量，该标识符所指代的数据在整个程序的生命周期内便无法更改。下面尝试修改一下string数据，看看能得到怎样的结果。

我们先来看第一种方法：

func main() {
// 原始字符串
	var s string = "hello"
	fmt.Println("original string:", s)
	// 切片化后试图改变原字符串
	sl := []byte(s)
	sl[0] = 't'
	fmt.Println("slice:", string(sl))
	fmt.Println("after reslice, the original string is:", 	string(s))
}

该程序的运行结果如下：

original string: hello
slice: tello
after reslice, the original string is: hello

在上面的例子中，我们试图将string转换为一个切片并通过该切片对其内容进行修改，但结果事与愿违。对string进行切片化后，Go编译器会为切片变量重新分配底层存储而不是共用string的底层存储，因此对切片的修改并未对原string的数据产生任何影响。

我们再来试试通过更为“暴力”一些的手段对string的数据发起“攻击”：

func main() {
// 原始string
var s string = "hello"
fmt.Println("original string:", s)
// 试图通过unsafe指针改变原始string
modifyString(&s)
fmt.Println(s)

}



func modifyString(s *string) {
	// 取出第一个8字节的值
	p := (*uintptr)(unsafe.Pointer(s))
	// 获取底层数组的地址
	var array *[5]byte = (*[5]byte)(unsafe.Pointer(*p))
	var len *int = (*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(s)) + unsafe.Sizeof((*uintptr)(nil))))
	for i := 0; i < (*len); i++ {
		fmt.Printf("%p => %c\n", &((*array)[i]), (*array)[i])
		p1 := &((*array)[i])
		v := (*p1)
		(*p1) = v + 1 //try to change the character
	}
}

我们试图通过unsafe指针指向string在运行时内部表示结构（具体参考本条后面的讲解）中的数据存储块的地址，然后通过指针修改那块内存中存储的数据。

运行这段程序得到下面的结果：

original string: hello
0x10d1b9d => h
unexpected fault address 0x10d1b9d
fatal error: fault
[signal SIGBUS: bus error code=0x2 addr=0x10d1b9d pc=0x109b079]

我们看到，对string的底层的数据存储区仅能进行只读操作，一旦试图修改那块区域的数据，便会得到SIGBUS的运行时错误，对string数据的“篡改攻击”再次以失败告终。

2）零值可用

Go string类型支持“零值可用”的理念。Go字符串无须像C语言中那样考虑结尾’\0’字符，因此其零值为""，长度为0。

var s string
fmt.Println(s) // s = ""
fmt.Println(len(s)) // 0

3）获取长度的时间复杂度是O(1)级别

Go string类型数据是不可变的，因此一旦有了初值，那块数据就不会改变，其长度也不会改变。Go将这个长度作为一个字段存储在运行时的string类型的内部表示结构中（后文有说明）。这样获取string长度的操作，即len(s)实际上就是读取存储在运行时中的那个长度值，这是一个代价极低的O(1)操作。

4）支持通过+/+=操作符进行字符串连接

对开发者而言，通过+/+=操作符进行的字符串连接是体验最好的字符串连接操作，Go语言支持这种操作：

s := "Rob Pike, "
s = s + "Robert Griesemer, "
s += " Ken Thompson"
fmt.Println(s) // Rob Pike, Robert Griesemer, Ken Thompson

5）支持各种比较关系操作符：==、!= 、>=、<=、>和<

func main() {
	// ==
	s1 := "世界和平"
	s2 := "世界" + "和平"
	fmt.Println(s1 == s2) // true
	// !=
	s1 = "Go"
	s2 = "C"
	fmt.Println(s1 != s2) // true
	// < 和 <=
	s1 = "12345"
	s2 = "23456"
	fmt.Println(s1 < s2) // true
	fmt.Println(s1 <= s2) // true
	// > 和 >=
	s1 = "12345"
	s2 = "123"
	fmt.Println(s1 > s2) // true
	fmt.Println(s1 >= s2) // true
}

由于Go string是不可变的，因此如果两个字符串的长度不相同，那么无须比较具体字符串数据即可断定两个字符串是不同的。如果长度相同，则要进一步判断数据指针是否指向同一块底层存储数据。如果相同，则两个字符串是等价的；如果不同，则还需进一步比对实际的数据内容。

6）对非ASCII字符提供原生支持

Go语言源文件默认采用的Unicode字符集。Unicode字符集是目前市面上最流行的字符集，几乎囊括了所有主流非ASCII字符（包括中文字符）。Go字符串的每个字符都是一个Unicode字符，并且这些Unicode字符是以UTF-8编码格式存储在内存当中的。

我们来看一个例子：

func main() {
	// 中文字符 Unicode码点 UTF8编码
	// 中 U+4E2D E4B8AD
	// 国 U+56FD E59BBD
	// 欢 U+6B22 E6ACA2
	// 迎 U+8FCE E8BF8E
	// 您 U+60A8 E682A8
	s := "中国欢迎您"
	rs := []rune(s)
	sl := []byte(s)
	for i, v := range rs {
	var utf8Bytes []byte
	for j := i * 3; j < (i+1)*3; j++ {
		utf8Bytes = append(utf8Bytes, sl[j])
	}
	fmt.Printf("%s => %X => %X\n", string(v), v, utf8Bytes)
}
}

我们看到字符串变量s中存储的文本是“中国欢迎您”五个汉字字符（非ASCII字符范畴），这里输出了每个中文字符对应的Unicode码点（Code Point，见输出结果的第二列），一个rune对应一个码点。UTF-8编码是Unicode码点的一种字符编码形式，是最常用的一种编码格式，也是Go默认的字符编码格式。我们还可以使用其他字符编码格式来映射Unicode码点，比如UTF-16等。

在UTF-8中，大多数中文字符都使用三字节表示。[]byte(s)的转型让我们获得了s底层存储的“复制品”，从而得到每个汉字字符对应的UTF-8编码字节（见输出结果的第三列）。

中 => 4E2D => E4B8AD
国 => 56FD => E59BBD
欢 => 6B22 => E6ACA2
迎 => 8FCE => E8BF8E
您 => 60A8 => E682A8

7）原生支持多行字符串

Go语言直接提供了通过反引号构造“所见即所得”的多行字符串的方法：

const s = `好雨知时节，当春乃发生。
			随风潜入夜，润物细无声。
			野径云俱黑，江船火独明。
			晓看红湿处，花重锦官城。`
func main() {
	fmt.Println(s)
}

运行结果：

好雨知时节，当春乃发生。
随风潜入夜，润物细无声。
野径云俱黑，江船火独明。
晓看红湿处，花重锦官城。