[Go] Nil Slice

Go를 공부하다 nil slice와 empty slice의 차이가 궁금해져 알아 보았다. slice가 nil인 것과 비어 있는 것은 엄밀히 다른 개념이지만, 관찰되는 것만 보면 비슷하기 때문에 혼동하기 쉽다.

• nil slice: 초기화하지 않은 slice
• empty slice: 초기화되었으나 길이가 0인 slice

slice 내부 구조

Go 언어에서 slice 내부 구현은 감춰져 있다. 그러나 reflect 패키지의 SliceHeader 구조체를 통해 그 내부 구현을 짐작해 볼 수 있다.

type SliceHeader struct {
    Data uintptr
    Len int
    Cap int
}

slice는 필드가 3개인 구조체로, 24 byte의 크기를 가진다.

• Data: 실제 배열을 가리키는 포인터
• Len: 배열 요소 개수
• Cap: 배열 용량

즉, Go에서 slice는 아래 그림과 같이, 실제 배열을 가리키는 포인터와, 그 포인터가 참조하는 배열에 채워져 있는 요소의 개수(길이) 및 그 배열이 총 가질 수 있는 요소의 최대 개수(용량)으로 이루어진 구조체이다.

nil slice

slice가 nil이라는 것은 slice 구조체가 가리키는 배열이 없음을 의미한다. 아래 그림에서와 같이 slice 타입 변수가 가리키는 slice 구조체의 Data 필드가 가리키는 배열이 없는 것이다.

슬라이스 구조체가 가리키는 배열이 없다.

• 따라서 슬라이스 구조체의 각 필드는 해당 필드 타입의 zero value로 초기화된다.
• Data, Len, Cap 필드 값 모두 0이 된다.

empty slice

slice가 empty라는 것은 slice 구조체가 가리키는 배열이 있으나, 그 배열의 길이가 0이라는 것을 의미한다. 아래 그림에서와 같이 slice 타입 변수가 가리키는 slice 구조체의 Data 필드가 가리키는 배열이 있으나, 그 배열이 비어 있는 것이다.

^{길이가 0인 것을 표현할 방법이 마땅치가 않지만, 어쨌든 길이가 0!}

코드로 살펴 보기

실제 코드로 nil slice와 empty slice의 차이를 확인할 수 있다.

nil slice

선언 후 초기화하지 않은 nil slice이다.

• nil과 비교하면 true이다.
• 슬라이스 구조체가 가리키는 배열 포인터 주소 값이 0이다.

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
	"unsafe"
)

func main() {
	var slice []int
	slicePtr := unsafe.Pointer(&slice)
	sliceHeader := (*reflect.SliceHeader)(slicePtr)
	fmt.Println(slicePtr, sliceHeader.Data) // 0x1400011e018 0
	fmt.Println(slice == nil, slice, len(slice), cap(slice)) // true [] 0 0
}

empty slice

1. 리터럴을 이용해 초기화한 empty slice

• nil과 비교하면 false이다.
• 슬라이스 구조체가 가리키는 배열 포인터 주소 값이 0이 아니다.

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
	"unsafe"
)

func main() {
	slice = []int{}
	fmt.Println(slicePtr, sliceHeader.Data) // 0x1400011e018 4312952808
	fmt.Println(slice == nil, slice, len(slice), cap(slice)) // false [] 0 0
}

2. make 함수를 이용해 초기화한 empty slice

• nil과 비교하면 false이다.
• 슬라이스 구조체가 가리키는 배열 포인터 주소 값이 0이 아니다.

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
	"unsafe"
)

func main() {
	slice1 := make([]int, 0)
	slice1Ptr := unsafe.Pointer(&slice1)
	slice1Header := (*reflect.SliceHeader)(slice1Ptr)
	fmt.Println(slice1Ptr, slice1Header.Data) // 0x1400011e018 4375097320
	fmt.Println(slice1 == nil, slice1, len(slice1), cap(slice1)) // false [] 0 0
}

동작

nil slice와 empty slice는 가리키는 배열이 있는지 여부에서 차이가 나지만, 길이와 용량이 모두 0이기 때문에 비슷하게 동작하는 경우도 있다.

• len(), cap() 함수를 사용할 수 있다.
• range를 사용할 수 있다. 다만, iteration이 일어나지는 않는다.
• 길이가 0이기 때문에, 접근할 수 있는 요소가 없다. 접근하려고 할 경우, 런타임 에러가 발생한다.

panic: runtime error: index out of range [1] with length 0

• 길이가 0이기 때문에, 그 내용을 바꿀 수는 없다. 만약, append 함수를 사용한다면, 두 경우 모두 길이가 0이기 때문에 새로운 배열을 할당하고, 기존 슬라이스 값을 바꾼다.
• 슬라이싱할 수 있다. 다만, nil slice는 슬라이싱 후에도 nil slice이나, empty slice는 슬라이싱 후에도 여전히 nil slice가 아니라 empty slice이다.

nil slice

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
	"unsafe"
)

func main() {

	// nil slice
	var slice []int
	slicePtr := unsafe.Pointer(&slice)
	sliceHeader := (*reflect.SliceHeader)(slicePtr)
	fmt.Println(slicePtr, sliceHeader.Data) // 0x1400000c030 0
	fmt.Println(slice == nil, slice, len(slice), cap(slice)) // true [] 0 0
	// fmt.Println(slice[1]) // panic
	// slice[1] = 10 // panic
	for i, v := range slice {
		fmt.Println(i, v) // 아무 것도 출력되지 않음
	}
	fmt.Println(slice[:], slice[:] == nil) // [] true
	slice = append(slice, 1)
	fmt.Println(slice) // [1]
	fmt.Println(slicePtr, sliceHeader.Data) // 0x1400000c030 1374389616840, 슬라이스가 가리키는 배열이 바뀜

}

empty slice

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
	"unsafe"
)

func main() {

	// nil slice
	var slice []int = make([]int, 0)
	slicePtr := unsafe.Pointer(&slice)
	sliceHeader := (*reflect.SliceHeader)(slicePtr)
	fmt.Println(slicePtr, sliceHeader.Data) // 0x1400011e018 4371329000
	fmt.Println(slice == nil, slice, len(slice), cap(slice)) // false [] 0 0
	// fmt.Println(slice[1]) // panic
	// slice[1] = 10 // panic
	for i, v := range slice {
		fmt.Println(i, v) // 아무 것도 출력되지 않음
	}
	fmt.Println(slice[:], slice[:] == nil) // [] false
	slice = append(slice, 1)
	fmt.Println(slice) // [1]
	fmt.Println(slicePtr, sliceHeader.Data) // 0x1400011e018 1374390763552, 슬라이스가 가리키는 배열이 바뀜
  
}

결론

선언 후 초기화하지 않은 slice만 nil slice이다.

var s1 []int         // nil slice
s2 := []int{}        // non-nil, empty slice
s3 := make([]int, 0) // non-nil, empty slice