Go：如何高效地拼接字符串

幾個月後，該項目在原基礎上需求有所增加。再次面對該代碼，心情也發生了變化，使用 strings.Builder 固然可行，但它需要三行代碼，相比之下，用 + 操作符一行代碼便能實現。在簡潔性和高效性之間，該如何抉擇呢？Go 語言中，是否有魚和熊掌兼得的方法？

抱着這樣的心思，我總結出 Go 語言中至少有 6 種關於字符串的拼接方式。但新問題也隨之產生了，爲何 Go 語言支持如此多種拼接方式？每種方式的存在，其背後的原因和邏輯又是什麼呢？

讓我們先分兩種常用場景、兩種字符串長度進行對比看看。

一、不同情景下的效率測試

待拼接字符串長度、次數已知，可一次完成字符串拼接，測試結果如下：

• 32 字節以下。

• 超過 32 字節，未超過 64 字節。+ 操作符發生了一次內存分配，但效率依然很高。bytes.Buffer 高於 strings.Builder。

• 64 字節以上。+ 操作符優勢依然明顯，strings.Join() 也不甘示弱。

待拼接字符串長度、次數未知，需要循環追加完成拼接操作，測試結果如下：

• 32 字節以下。+ 每次拼接都會生成新字符串，導致大量的字符串創建、替代。
  

• 超過 32 字節，未超過 64 字節。bytes.Buffer 發生 2 次內存分配。
  

• 64 字節以上。bytes.Buffer 優勢已然不再， strings.Builder 一騎絕塵。不過，這似乎還不是最終的結果。

• 大量字符串拼接，終於要使出 strings.Builder 的必殺器 Grow() 了，bytes.Buffer 也有 Grow() 方法，但似乎作用不大。

二、原理分析

從上面的測試結果可以看出，在不同情況下，每種拼接方式的效率都不同，爲什麼會這樣呢？那就得從它們的拼接原理說起。

• += 追加操作符，與 + 操作符相同，也是通過 runtime/string.go的concatstrings() 函數實現拼接，區別是它通常用於循環中往字符串末尾追加，每追加一次，生成一個新的字符串替代舊的，效率極低。

    res := "發"
    res += "發"

  拼接過程：

  1. 同上

• bytes.Buffer ，在 Golang 1.10 之前，它是循環中往末尾追加效率最高的方法，尤其是當拼接的字符串數量較大時。

     var b bytes.Buffer    // 創建一個 buffer
     b.WriteString("發")   // 將字符串追加到buffer上 
     b.WriteString("發")   
     b.String()            // 取出字符串並返回

  拼接過程：

  1. 創建 []byte ，用於緩存需要拼接的字符串
  2. 首次使用 WriteString() 填充字符串時，由於字節數組容量爲 0 ，最少會發生 1 次內存分配
  3. 待拼接字符串長度小於 64 字節，make 一個長度爲字符串總長度，容量爲 64 字節的新數組
  4. 待拼接字符串超過 64 字節時動態擴容，按 2* 當前容量 + 待拼接字符長度 make 新字節數組
  5. 將字節數組轉換成 string 類型返回

• strings.Builder 在 Golang 1.10 更新後，替代了byte.Buffer，成爲號稱效率最高的拼接方法。

    var b strings.Builder  
    b.WriteString("發")   
    b.WriteString("發")
    b.String()

  拼接過程：

  1. 創建 []byte，用於緩存需要拼接的字符串
  2. 通過 append 將數據填充到前面創建的 []byte 中
     3.append 時，如果字符串超過初始容量 8 且小於 1024 字節時，按乘以 2 的容量創建新的字節數組，超過 1024 字節時，按 1/4 增加
  3. 將老數據複製到新創建的字節數組中 5. 追加新數據並返回

• strings.Join() 主要適用於以指定分隔符方式連接成一個新字符串，分隔符可以爲空，在字符串一次拼接操作中，性能僅次於 + 操作符。

    strings.Join([]string{"發", "發"}, "")

  拼接過程：

  1. 接收的是一個字符切片
  2. 遍歷字符切片得到總長度，據此通過 builder.Grow 分配內存
  3. 底層使用了 strings.Builder，每使用一次 strings.Join() ，都會創建新的 builder 對象

• fmt.Sprintf()，返回使用 format 格式化的參數。除了字符串拼接，函數內還有很多格式方面的判斷，性能不高，但它可以拼接多種類型，字符串或數字等。

    fmt.Sprintf("str1 = %v,str2 = %v", "發", "發")

  拼接過程:

  1. 創建對象
  2. 字符串格式化操作
  3. 將格式化後的字符串通過 append 方式放到 [] byte 中
  4. 最後將字節數組轉換成 string 返回

三、結論

在待拼接字符串確定，可一次完成字符串拼接的情況下，推薦使用 + 操作符，即便 strings.Builder 用 Grow() 方法預先擴容，其性能也是不如 + 操作符的，另外，Grow()也不可設置過大。

在拼接字符串不確定、需要循環追加字符串時，推薦使用 strings.Builder。但在使用時，必須使用 Grow() 預先擴容，否則性能不如 strings.Join()。

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