Go字符串比较，终于有人讲清楚了

西娅(Thea)是一个刚刚入门Go语言的妹子程序员，今天她遇到了一个让她“surprise”的问题。下面就是那段让妹子西娅困惑的Go代码：

func main() {
    s1 := "12345"
    s2 := "2"
    fmt.Println(`"12345" > "2":`, s1 > s2) // false

    s3 := "零" 
    s4 := "一"
    s5 := "二"

    fmt.Println(`"一" > "零":`, s4 > s3) // false
    fmt.Println(`"二" > "零":`, s5 > s3) // false
    fmt.Println(`"二" > "一":`, s5 > s4) // true
}

在这段关于Go字符串比较的代码中：

• 为什么表达式"12345" > "2"的求值结果是false呢？

• 为什么"一" > "零"和"二" > "零"两个表达式的求值结果都是false呢？

• 而"二" > "一"的求值结果却又为true呢？

四个结果都让西娅百思不得其解！于是西娅在网络上寻找能为其解惑的Go技术资料。

她网上看到一本名为《Go语言精进之路》的“小黄书”，据说这本书中有有关Go字符串原理与字符串比较的详细讲解。

西娅不经意间瞥见，旁边的同事Tony桌上摆着一本黄色的、厚重的书，这不正是她想看的吗！于是西娅向Tony发出了借书一阅的请求。Tony面对“美女攻势”向来是“每战必败”的，于是西娅顺利地拿到了两卷本的《Go语言精进之路》。借午休时间，西娅花了1.5个小时认真学习了书中有关Go字符串的三个章节：第15节的“了解string实现原理和高效使用”、 第52节的“掌握字符集的原理和字符编码方案间的转换”和第56节的“掌握bytes包和strings包的基本操作”。看完后大呼Wonderful！书中的讲解完全解答了西娅的问题。

此时西娅想起了在《Go语言第一课专栏》^[1]的结课语《和你一起迎接Go的黄金十年》^[2]中作者关于学习Go语言方法的建议：输出大法！通过输出将学到的知识真正内化为自己的知识，于是西娅将自己对书中内容的理解记录了下来。恰好此时旁边的Tony刚刚从午睡中苏醒过来，西娅决定再为一把人师。Tony就这样被稀里糊涂地拽了过来充当学生:)。

以下是西娅的讲解。

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1. Go语言中的字符串类型

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。

Go语言修复了C语言的这一“缺陷”，原生内置了string类型，统一了对“字符串”的抽象。在Go语言中，无论是字符串常量、字符串变量或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。

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，最终为Gopher呈现的string类型具有如下功能特点：

• string类型的数据是不可变的

即一旦声明了一个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被更改。

• 零值可用

Go string类型支持零值可用的理念。Go字符串无需像C语言中那样考虑结尾'\0'字符，因此其零值为""，长度为0。

• 获取长度的时间复杂度是O(1)级别

• 支持各种比较关系操作符：==、!= 、>=、<=、> 和<

鉴于Go string是不可变的，因此如果两个字符串的长度不相同，那么无需比较具体字符串数据，也可以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，则还需进一步去比对实际的数据内容。至于怎么比较，我接下来会讲。

• 对非ASCII字符提供原生支持

这一特点就涉及到Go字符串中的字符是什么字符、用什么字符编码的问题了。下面我们就来看看。

2. Go字符串采用的字符集编码

Go语言默认使用Unicode字符集，并采用UTF-8编码方案，Go还提供了rune原生类型来表示Unicode字符。Unicode（万国码/统一码）在1994年发布，它是以收纳人类所有字符为目的的统一字符集。Unicode字符集就是将世界上存在的绝大多数常用字符进行统一排队和编号。比如下面是一个Unicode字符集表的片段：

序号	字符
U+0000	... ...
... ...	... ...
U+0031	1
U+0032	2
... ...	... ...
U+4E2D	中
... ...	... ...
U+4EBA	人
... ...	... ...
U+56FD	国
... ...	... ...
U+10FFFF	... ...

我们看到每个Unicode字符(比如表格里的"1"、"中"等)都有自己的唯一序号，这个序号就叫做字符的码点(code point)，Go中的rune类型可用于表示码点。

好了，问题来了！Unicode字符集表格有了，Go是如何在内存中存储这些字符的呢？目前业界有多种存储方案，比如：UTF-32(即4个字节表示每个Unicode字符码点）、UTF-16(使用2个字节或4个字节表示每个Unicode字符码点)以及UTF-8。

UTF-8使用变长度字节对Unicode字符（的码点）进行编码。编码采用的字节数量与Unicode字符在码点表中的序号有关：表示序号（码点）小的字符使用的字节数量就少，表示序号（码点）大的字符使用的字节数量就多。

UTF-8编码使用的字节数量从1个到4个不等。前128个与ASCII字符重合的码点（U+0000~U+007F）使用1个字节表示；带变音符号的拉丁文、希腊文、西里尔字母、阿拉伯文等使用2个字节来表示；而东亚文字（包括汉字）使用3个字节表示；其他极少使用的语言的字符则使用4个字节表示。

这样的编码方案是兼容ASCII字符内存表示的，这意味着采用UTF-8方案在内存中表示Unicode字符时，已有的ASCII字符可以被直接当成Unicode字符进行存储和传输，无需做任何改变。相对于UTF-16和UTF-32方案，UTF-8方案的空间利用率也是最高的。并且，utf8解码和编码时，也无需考虑字节序问题。

于是，Go语言使用了Utf8编码方案在内存中存储Unicode字符。

以字符“中”为例，它的码点(序号)为U+4E2D，它在Utf8编码则为“0xE4 0xB8 0xAD”，即在内存中Go实际用三个字节来表示“中”这个Unicode字符。

3. Go字符串比较

上面铺垫了这么些内容，就是为了为字符串比较开道。关于Go字符串比较，Go语言规范^[3]中只说了一句话：String values are comparable and ordered, lexically byte-wise。什么意思呢？这句话表达了三个意思：

• 定性：字符串可比较

• 定量：字符串是有序的

• 方法：逐字节

下面我对开篇的例子做逐一说明，首先看下面代码：

s1 := "12345"
s2 := "2"
fmt.Println(`"12345" > "2":`, s1 > s2)

s1和s2两个字符串中的字符都是ASCII字符范畴的，每个字符在内存中的编码都是一个字节。按照Go string比较的原理，我们对s1和s2进行逐字节比较。首先比较s1的第一个字符"1"和s2的第一个字符"2"。字符"2"在内存中的字节为0x32，而字符"1"在内存中的字节为0x31，显然0x32大于0x31，到这里已经比出大小了，程序不会继续对后续的字符进行比对了。这也是为什么s1 > s2这个表达式为false的原因。

如果s2 = "12346"呢？那么按照Go string比较的原理，程序在比较s1和s2的前4个字符时都相等，于是只能由第5个字符来判定两个字符串的大小了，s2的第五个字符"6"显然大于s1的第五个字符"5"，于是当s2="12346"时，s2是大于s1的。

我们再看看含有汉字的字符串的例子：

s3 := "零" 
s4 := "一"
s5 := "二"

fmt.Println(`"一" > "零":`, s4 > s3) // false
fmt.Println(`"二" > "零":`, s5 > s3) // false
fmt.Println(`"二" > "一":`, s5 > s4) // true

为了方便后续说明，我们先把"零"、"一"和"二"这三个汉字的Utf8编码计算出来：

• "零"的UTF8编码为：0xE9 0x9B 0xB6

• "一"的UTF8编码为：0xE4 0xB8 0x80

• "二"的UTF8编码为：0xE4 0xBA 0x8C

我们看到，三个汉字的Utf8编码都是三个字节。

好了接下来，我们先比较s4("一")和s3("零")。根据Go字符串比较原理，程序对s3和s4做逐字节比较，"零"这个字符的第一个字节为0xE9，而"一"这个字符的第一个字节为0xE4，我们知道0xE9 > 0xE4，于是比较停止，判定：s3 > s4。

同理，s3 > s5。

在比较s4("一")和s5("二")时，由于它们的第一个字节都是0xE4，于是第二个字节决定了它们的大小，0xBA > 0xB8，所以s5 > s4。

4. Go strings包中的Compare函数

Go标准库在strings包中提供了Compare函数用于对两个字符串做大小比较。但按照Go团队的comment，这个函数存在的意义更多是是为了与bytes包尽量保持API的一致，其自身也是使用原生排序比较操作符实现的：

// $GOROOT/src/strings/compare.go
func Compare(a, b string) int {
    if a == b {
        return 0
    }
    if a < b {
        return -1
    }
    return +1
}

实际应用中，我们很少使用strings.Compare更多的是直接使用排序比较操作符对字符串类型变量进行比较，这样更直观，性能大多数场景也会更高，毕竟少一次函数调用。

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“好了以上就是我要讲给你听的，听懂了么”。西娅兴高采烈地对此时已经处于清醒状态的Tony说。

“讲的真好。比我书里讲的还透彻”。Tony一边鼓掌一边微笑着说。“程序员妹子西娅Thea终于把Go字符串比较讲清楚了”。

西娅惊讶！“你的什么书”？

Tony指了指办公桌上的小黄书说：“这书就是我写的啊^_^”。

西娅脸上现出一丝红晕... ...。

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参考资料

[1] 

《Go语言第一课专栏》: http://gk.link/a/10AVZ

[2] 

《和你一起迎接Go的黄金十年》: https://time.geekbang.org/column/article/486536

[3] 

Go语言规范: https://go.dev/ref/spec

[4] 

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