如果我們要遍歷某個數組,Map集合,Slice切片等,Go語言(Golang)爲我們提供了比較好用的For Range方式。range是一個關鍵字,表示範圍,和for配合使用可以迭代數組,Map等集合。它的用法簡潔,而且map、channel等也都是用for range的方式,所以在編碼中我們使用for range
進行循環迭代是最多的。對於這種最常使用的迭代,尤其是和for i=0;i<N;i++
對比,性能怎麼樣?我們進行下示例分析,讓我們對for range
循環有個更深的理解,便於我們寫出性能更高的程序。
基本用法
for range
的使用非常簡單,這裏演示下兩種集合類型的使用。
package main import "fmt" func main() { ages:=[]string{"10", "20", "30"} for i,age:=range ages{ fmt.Println(i,age) } }
這是針對 Slice 切片的迭代使用,使用range
關鍵字返回兩個變量i,age
,第一個是 Slice 切片的索引,第二個是 Slice 切片中的內容,所以我們打印出來:
0 10 1 20 2 30
關於Go語言 Slice 切片的,可以參考我以前寫的這篇 Go語言實戰筆記(五)| Go 切片
下面再看看map(字典)的for range
使用示例。
package main import "fmt" func main() { ages:=map[string]int{"張三":15,"李四":20,"王武":36} for name,age:=range ages{ fmt.Println(name,age) } }
在使用for range
迭代map的時候,返回的第一個變量是key
,第二個變量是value
,也就是我們例子中對應的name
和ages
。我們運行程序看看輸出結果。
張三 15 李四 20 王武 36
這裏需要注意的是,for range map
返回的K-V
鍵值對順序是不固定的,是隨機的,這次可能是張三-15
第一個出現,下一次運行可能是王武-36
第一個被打印了。 關於Map更詳細的可以參考我以前的一篇文章 Go語言實戰筆記(六)| Go Map。
常規for循環對比
比如對於 Slice 切片,我們有兩種迭代方式:一種是常規的for i:=0;i<N;i++
的方式;一種是for range
的方式,下面我們看看兩種迭代的性能。
func ForSlice(s []string) { len := len(s) for i := 0; i < len; i++ { _, _ = i, s[i] } } func RangeForSlice(s []string) { for i, v := range s { _, _ = i, v } }
爲了測試,寫了這兩種循環迭代 Slice 切片的函數,從實現上看,他們的邏輯是一樣的,保證我們可以在同樣的情況下測試。
import "testing" const N = 1000 func initSlice() []string{ s:=make([]string,N) for i:=0;i<N;i++{ s[i]="www.flysnow.org" } return s; } func BenchmarkForSlice(b *testing.B) { s:=initSlice() b.ResetTimer() for i:=0; i<b.N;i++ { ForSlice(s) } } func BenchmarkRangeForSlice(b *testing.B) { s:=initSlice() b.ResetTimer() for i:=0; i<b.N;i++ { RangeForSlice(s) } }
這事Bench基準測試的用例,都是在相同的情況下,模擬長度爲1000的 Slice 切片的遍歷。然後我們運行go test -bench=. -run=NONE
查看性能測試結果。
BenchmarkForSlice-4 5000000 287 ns/op BenchmarkRangeForSlice-4 3000000 509 ns/op
從性能測試可以看到,常規的for循環,要比for range
的性能高出近一倍,到這裏相信大家已經知道了原因,沒錯,因爲for range
每次是對循環元素的拷貝,所以集合內的預算越複雜,性能越差,而反觀常規的for循環,它獲取集合內元素是通過s[i]
,這種索引指針引用的方式,要比拷貝性能要高的多。
既然是元素拷貝的問題,我們迭代 Slice 切片的目的也是爲了獲取元素,那麼我們換一種方式實現for range
。
func RangeForSlice(s []string) { for i, _ := range s { _, _ = i, s[i] } }
現在,我們再次進行 Benchmark 性能測試,看看效果。
BenchmarkForSlice-4 5000000 280 ns/op BenchmarkRangeForSlice-4 5000000 277 ns/op
恩,和我們想的一樣,性能上來了,和常規的for循環持平了。原因就是我們通過_
捨棄了元素的複製,然後通過s[i]
獲取迭代的元素,既提高了性能,又達到了目的。
Map 遍歷
對於Map來說,我們並不能使用for i:=0;i<N;i++
的方式,當然如果你有全部的key
元素列表除外,所以大部分情況下我們都是使用for range
的方式。
func RangeForMap1(m map[int]string) { for k, v := range m { _, _ = k, v } } const N = 1000 func initMap() map[int]string { m := make(map[int]string, N) for i := 0; i < N; i++ { m[i] = fmt.Sprint("www.flysnow.org",i) } return m } func BenchmarkRangeForMap1(b *testing.B) { m:=initMap() b.ResetTimer() for i := 0; i < b.N; i++ { RangeForMap1(m) } }
以上示例是map遍歷的函數以及benchmark測試,我都寫在一起了,運行測試看一下效果。
BenchmarkForSlice-8 5000000 298 ns/op BenchmarkRangeForSlice-8 3000000 475 ns/op BenchmarkRangeForMap1-8 100000 14531 ns/op
相比 Slice 來說,Map的遍歷的性能更差,可以說是慘不忍睹。好,我們開始下優化,思路也是減少值得拷貝。測試中的RangeForSlice也慢的原因是我把RangeForSlice還原成了值得拷貝,以便於對比性能。
func RangeForMap2(m map[int]string) { for k, _ := range m { _, _ = k, m[k] } } func BenchmarkRangeForMap2(b *testing.B) { m := initMap() b.ResetTimer() for i := 0; i < b.N; i++ { RangeForMap2(m) } }
再次運行下性能測試看下效果。
BenchmarkForSlice-8 5000000 298 ns/op BenchmarkRangeForSlice-8 3000000 475 ns/op BenchmarkRangeForMap1-8 100000 14531 ns/op BenchmarkRangeForMap2-8 100000 23199 ns/op
額,是不是發現點不對,方法BenchmarkRangeForMap2
的性能明顯下降了,這個可以從每次操作的耗時看出來(雖然性能測試秒執行的次數還是一樣)。和我們上面測試的Slice不一樣,這次不止沒有提升,反而下降了。
繼續修改Map2
函數的實現爲:
func RangeForMap2(m map[int]Person) { for range m { } }
什麼都不做,只迭代,再次運行性能測試。
BenchmarkForSlice-8 5000000 301 ns/op BenchmarkRangeForSlice-8 3000000 478 ns/op BenchmarkRangeForMap1-8 100000 14822 ns/op BenchmarkRangeForMap2-8 100000 14215 ns/op
*我們驚奇的發現,什麼都不做,和獲取K-V
值的操作性能是一樣的,和Slice完全不一樣,不是說 for range
值拷貝損耗性能呢?都哪去了?大家猜一猜,可以結合下一節的原理實現
for range 原理
通過查看https://github.com/golang/gofrontend源代碼,我們可以發現for range
的實現是:
// 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 // }
並且對於Slice,Map等各有具體不同的編譯實現,我們先看看for range slice
的具體實現
// 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 // }
先是對要遍歷的 Slice 做一個拷貝,獲取長度大小,然後使用常規for
循環進行遍歷,並且返回值的拷貝。
再看看for range map
的具體實現:
// 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 // }
也是先對map
進行了初始化,因爲map
是*hashmap
,所以這裏其實是一個*hashmap
指針的拷貝。
結合着這兩個具體的for range
編譯器實現,可以看看爲什麼for range slice
的_
優化方式有用,而for range map
的方式沒用呢?歡迎大家留言回答。
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