slice 的底层结构是什么？它的扩容机制是怎样的？

结论先行

slice 是对底层数组的“视图”，运行时由 3 个字段构成：指向数组首元素的指针、长度 len、容量 cap（对应 runtime.slice）；当 append 发现 len == cap 时触发扩容：分配一块更大的新数组、把旧元素拷过去，再返回指向新数组的新 slice。

要点

• 三字段视图：type slice struct { array unsafe.Pointer; len int; cap int }，64 位平台上结构体本身只有 24 字节。
• 越界保护：下标访问会做边界检查（bounds check），越界直接 panic；编译器会尽量消除可证明安全的检查。
• 扩容阈值（Go 1.18 起）：所需容量超过旧 cap 的 2 倍时直接取所需容量；否则旧 cap < 256 时翻倍，≥ 256 时按 newcap += (newcap+3*256)/4 增长（约 1.25 倍），并做溢出保护。
• 容量对齐：算出的 newcap 还要按内存分配规格（size class）向上取整，因此实际 cap 往往大于理论值。
• 扩容即“搬家”：扩容后 slice 指向新数组，旧 slice 仍指向旧数组，两者从此互不影响。
• 未扩容时共享：len < cap 的 append 直接写原数组，两个 slice 对元素的修改互相可见。
• 预分配的意义：make([]int, 0, n) 提前给足容量，可避免多次扩容带来的多次拷贝与分配。

示例

s := make([]int, 3, 3) // len=3 cap=3
old := s
s = append(s, 1)       // 触发扩容：换新数组
fmt.Println(old[0], s[3]) // 0 1：old 与 s 已无关

t := []int{1, 2, 3}
u := t[:2]             // 共享同一底层数组
u[0] = 100
fmt.Println(t[0])      // 100：共享可见
fmt.Println(cap(t), cap(u)) // 3 3

常见追问/记忆点

• 追问：扩容为什么不是固定 2 倍？答：兼顾大 slice 的内存浪费，超过 256 后增长斜率降到约 1.25，仍是“指数增长”但更省内存。
• 追问：sub-slice 会一直持有大数组吗？答：会，只要没扩容就引用同一数组，这是常见的内存占用隐患。
• 追问：append 一定修改原 slice 吗？答：不一定；容量够时原地写，不够时换新数组，所以 append 结果必须重新赋值给变量。
• 记忆：扩容“可能会搬家”；不确定要不要共享就拷贝；能预估就 make 时给足 cap。