golang-data-structures

bởi samber

Cấu trúc dữ liệu Golang — slice (nội bộ, tăng dung lượng, cấp phát trước, gói slices), map (nội bộ, bucket băm, gói maps), mảng, container/list/heap/ring, strings.Builder so với bytes.Buffer, tập hợp generic, con trỏ (unsafe.Pointer, weak.Pointer) và ngữ nghĩa sao chép. Sử dụng khi lựa chọn hoặc tối ưu cấu trúc dữ liệu Go, triển khai container generic, sử dụng các gói container/, con trỏ unsafe hoặc weak, hoặc thắc mắc về nội bộ slice/map.

npx skills add https://github.com/samber/cc-skills-golang --skill golang-data-structures

Persona: You are a Go engineer who understands data structure internals. You choose the right structure for the job — not the most familiar one — by reasoning about memory layout, allocation cost, and access patterns.

Go Data Structures

Built-in and standard library data structures: internals, correct usage, and selection guidance. For safety pitfalls (nil maps, append aliasing, defensive copies) see samber/cc-skills-golang@golang-safety skill. For channels and sync primitives see samber/cc-skills-golang@golang-concurrency skill. For string/byte/rune choice see samber/cc-skills-golang@golang-design-patterns skill.

Best Practices Summary

  1. Preallocate slices and maps with make(T, 0, n) / make(map[K]V, n) when size is known or estimable — avoids repeated growth copies and rehashing
  2. Arrays SHOULD be preferred over slices only for fixed, compile-time-known sizes (hash digests, IPv4 addresses, matrix dimensions)
  3. NEVER rely on slice capacity growth timing — the growth algorithm changed between Go versions and may change again; your code should not depend on when a new backing array is allocated
  4. Use container/heap for priority queues, container/list only when frequent middle insertions are needed, container/ring for fixed-size circular buffers
  5. strings.Builder MUST be preferred for building strings; bytes.Buffer MUST be preferred for bidirectional I/O (implements both io.Reader and io.Writer)
  6. Generic data structures SHOULD use the tightest constraint possible — comparable for keys, custom interfaces for ordering
  7. unsafe.Pointer MUST only follow the 6 valid conversion patterns from the Go spec — NEVER store in a uintptr variable across statements
  8. weak.Pointer[T] (Go 1.24+) SHOULD be used for caches and canonicalization maps to allow GC to reclaim entries

Slice Internals

A slice is a 3-word header: pointer, length, capacity. Multiple slices can share a backing array (→ see samber/cc-skills-golang@golang-safety for aliasing traps and the header diagram).

Capacity Growth

  • < 256 elements: capacity doubles
  • = 256 elements: grows by ~25% (newcap += (newcap + 3*256) / 4)

  • Each growth copies the entire backing array — O(n)

Preallocation

// Exact size known
users := make([]User, 0, len(ids))

// Approximate size known
results := make([]Result, 0, estimatedCount)

// Pre-grow before bulk append (Go 1.21+)
s = slices.Grow(s, additionalNeeded)

slices Package (Go 1.21+)

Key functions: Sort/SortFunc, BinarySearch, Contains, Compact, Grow. For Clone, Equal, DeleteFunc → see samber/cc-skills-golang@golang-safety skill.

Slice Internals Deep Dive — Full slices package reference, growth mechanics, len vs cap, header copying, backing array aliasing.

Map Internals

Maps are hash tables with 8-entry buckets and overflow chains. They are reference types — assigning a map copies the pointer, not the data.

Preallocation

m := make(map[string]*User, len(users)) // avoids rehashing during population

maps Package Quick Reference (Go 1.21+)

FunctionPurpose
Collect (1.23+)Build map from iterator
Insert (1.23+)Insert entries from iterator
All (1.23+)Iterator over all entries
Keys, ValuesIterators over keys/values

For Clone, Equal, sorted iteration → see samber/cc-skills-golang@golang-safety skill.

Map Internals Deep Dive — How Go maps store and hash data, bucket overflow chains, why maps never shrink (and what to do about it), comparing map performance to alternatives.

Arrays

Fixed-size, value types. Copied entirely on assignment. Use for compile-time-known sizes:

type Digest [32]byte           // fixed-size, value type
var grid [3][3]int             // multi-dimensional
cache := map[[2]int]Result{}   // arrays are comparable — usable as map keys

Prefer slices for everything else — arrays cannot grow and pass by value (expensive for large sizes).

container/ Standard Library

PackageData StructureBest For
container/listDoubly-linked listLRU caches, frequent middle insertion/removal
container/heapMin-heap (priority queue)Top-K, scheduling, Dijkstra
container/ringCircular bufferRolling windows, round-robin
bufioBuffered reader/writer/scannerEfficient I/O with small reads/writes

Container types use any (no type safety) — consider generic wrappers. Container Patterns, bufio, and Examples — When to use each container type, generic wrappers to add type safety, and bufio patterns for efficient I/O.

strings.Builder vs bytes.Buffer

Use strings.Builder for pure string concatenation (avoids copy on String()), bytes.Buffer when you need io.Reader or byte manipulation. Both support Grow(n). Details and comparison

Generic Collections (Go 1.18+)

Use the tightest constraint possible. comparable for map keys, cmp.Ordered for sorting, custom interfaces for domain-specific ordering.

type Set[T comparable] map[T]struct{}

func (s Set[T]) Add(v T)          { s[v] = struct{}{} }
func (s Set[T]) Contains(v T) bool { _, ok := s[v]; return ok }

Writing Generic Data Structures — Using Go 1.18+ generics for type-safe containers, understanding constraint satisfaction, and building domain-specific generic types.

Pointer Types

TypeUse CaseZero Value
*TNormal indirection, mutation, optional valuesnil
unsafe.PointerFFI, low-level memory layout (6 spec patterns only)nil
weak.Pointer[T] (1.24+)Caches, canonicalization, weak referencesN/A

Pointer Types Deep Dive — Normal pointers, unsafe.Pointer (the 6 valid spec patterns), and weak.Pointer[T] for GC-safe caches that don't prevent cleanup.

Copy Semantics Quick Reference

TypeCopy BehaviorIndependence
int, float, bool, stringValue (deep copy)Fully independent
array, structValue (deep copy)Fully independent
sliceHeader copied, backing array sharedUse slices.Clone
mapReference copiedUse maps.Clone
channelReference copiedSame channel
*T (pointer)Address copiedSame underlying value
interfaceValue copied (type + value pair)Depends on held type

Third-Party Libraries

For advanced data structures (trees, sets, queues, stacks) beyond the standard library:

  • emirpasic/gods — comprehensive collection library (trees, sets, lists, stacks, maps, queues)
  • deckarep/golang-set — thread-safe and non-thread-safe set implementations
  • gammazero/deque — fast double-ended queue

When using third-party libraries, refer to their official documentation and code examples for current API signatures. Context7 can help as a discoverability platform.

Cross-References

  • → See samber/cc-skills-golang@golang-performance skill for struct field alignment, memory layout optimization, and cache locality
  • → See samber/cc-skills-golang@golang-safety skill for nil map/slice pitfalls, append aliasing, defensive copying, slices.Clone/Equal
  • → See samber/cc-skills-golang@golang-concurrency skill for channels, sync.Map, sync.Pool, and all sync primitives
  • → See samber/cc-skills-golang@golang-design-patterns skill for string vs []byte vs []rune, iterators, streaming
  • → See samber/cc-skills-golang@golang-structs-interfaces skill for struct composition, embedding, and generics vs any
  • → See samber/cc-skills-golang@golang-code-style skill for slice/map initialization style

Common Mistakes

MistakeFix
Growing a slice in a loop without preallocationEach growth copies the entire backing array — O(n) per growth. Use make([]T, 0, n) or slices.Grow
Using container/list when a slice would sufficeLinked lists have poor cache locality (each node is a separate heap allocation). Benchmark first
bytes.Buffer for pure string buildingBuffer's String() copies the underlying bytes. strings.Builder avoids this copy
unsafe.Pointer stored as uintptr across statementsGC can move the object between statements — the uintptr becomes a dangling reference
Large struct values in maps (copying overhead)Map access copies the entire value. Use map[K]*V for large value types to avoid the copy

References

Thêm skills từ samber

golang-code-style
samber
Golang code style conventions — line length and breaking, variable declarations, control flow clarity, when comments help vs hurt. Use when writing or reviewing Go code, asking about style or clarity, or establishing project coding standards. Not for naming conventions (→ See `samber/cc-skills-golang@golang-naming` skill), linter configuration (→ See `samber/cc-skills-golang@golang-lint` skill), or doc comments (→ See `samber/cc-skills-golang@golang-documentation` skill).
developmentcode-review
golang-testing
samber
Production-ready Golang tests — table-driven tests, testify suites and mocks, parallel tests, fuzzing, fixtures, goroutine leak detection with goleak, snapshot testing, code coverage, integration tests, idiomatic test naming. Use when writing or reviewing Go tests, choosing a testing approach, setting up Go test CI, or debugging flaky/slow tests. For testify-specific APIs see `samber/cc-skills-golang@golang-stretchr-testify`; for measurement methodology see...
developmenttestingcode-review
golang-design-patterns
samber
Các mẫu thiết kế Golang theo phong cách bản địa — tùy chọn hàm, hàm khởi tạo, luồng lỗi và xếp tầng, quản lý tài nguyên và vòng đời, tắt máy an toàn, khả năng phục hồi, kiến trúc, tiêm phụ thuộc, xử lý dữ liệu, truyền phát, v.v. Áp dụng khi lựa chọn rõ ràng giữa các mẫu kiến trúc, triển khai tùy chọn hàm, thiết kế API hàm khởi tạo, thiết lập tắt máy an toàn, áp dụng các mẫu phục hồi, hoặc hỏi mẫu Go bản địa nào phù hợp với một vấn đề cụ thể.
developmentdesigncode-review
golang-error-handling
samber
Idiomatic Golang error handling — creation, wrapping with %w, errors.Is/As, errors.Join, custom error types, sentinel errors, panic/recover, the single handling rule, structured logging with slog, HTTP request logging middleware, and samber/oops for production errors. Built to make logs usable at scale with log aggregation 3rd-party tools. Apply when creating, wrapping, inspecting, or logging errors in Go code. For samber/oops specifics → See `samber/cc-skills-golang@golang-samber-oops`...
developmentcode-review
golang-performance
samber
Các mẫu và phương pháp tối ưu hiệu năng Golang - nếu X là điểm nghẽn, thì áp dụng Y. Bao gồm giảm cấp phát, hiệu quả CPU, bố trí bộ nhớ, tinh chỉnh GC, pooling, caching, và tối ưu đường dẫn nóng. Sử dụng khi profiling hoặc benchmark đã xác định được điểm nghẽn và bạn cần mẫu tối ưu phù hợp để khắc phục. Cũng sử dụng khi thực hiện đánh giá mã hiệu năng để đề xuất cải tiến hoặc benchmark có thể giúp xác định các cải thiện hiệu năng nhanh chóng. Không dành cho phương pháp đo lường (→...
developmentcode-review
golang-security
samber
Các phương pháp bảo mật tốt nhất và phòng ngừa lỗ hổng cho Golang. Bao gồm injection (SQL, lệnh, XSS), mật mã học, an toàn hệ thống tệp, bảo mật mạng, cookie, quản lý bí mật, an toàn bộ nhớ và ghi nhật ký. Áp dụng khi viết, xem xét hoặc kiểm tra mã Go về bảo mật, hoặc khi làm việc trên bất kỳ mã rủi ro nào liên quan đến mật mã, I/O, quản lý bí mật, xử lý đầu vào người dùng hoặc xác thực. Bao gồm cấu hình các công cụ bảo mật.
securitycode-reviewdevelopment
golang-database
samber
Hướng dẫn toàn diện về truy cập cơ sở dữ liệu Go — truy vấn tham số hóa, quét struct, cột NULL, giao dịch, mức cô lập, SELECT FOR UPDATE, connection pool, xử lý hàng loạt, truyền context và công cụ migration. Sử dụng khi viết, xem xét hoặc gỡ lỗi mã Golang tương tác với PostgreSQL, MariaDB, MySQL hoặc SQLite; để kiểm thử cơ sở dữ liệu; hoặc cho các câu hỏi về database/sql, sqlx hoặc pgx. KHÔNG tạo lược đồ cơ sở dữ liệu hoặc SQL migration.
developmentdatabase
golang-lint
samber
Các phương pháp linting tốt nhất và cấu hình golangci-lint cho các dự án Golang — chạy linters, cấu hình .golangci.yml, loại bỏ cảnh báo bằng chỉ thị nolint, diễn giải đầu ra lint, và lựa chọn linters. Sử dụng khi cấu hình golangci-lint, hỏi về cảnh báo lint hoặc loại bỏ nolint, thiết lập công cụ chất lượng mã, hoặc chọn linters. Cũng sử dụng khi người dùng đề cập đến golangci-lint, go vet, staticcheck, hoặc revive.
developmentcode-reviewtesting