深入理解Go语言中的slice【5】【切片】

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切片Slice

切片Slice

需要说明，slice 并不是数组或数组指针。它通过内部指针和相关属性引用数组片段，以实现变长方案。

    1. 切片：切片是数组的一个引用，因此切片是引用类型。但自身是结构体，值拷贝传递。
    2. 切片的长度可以改变，因此，切片是一个可变的数组。
    3. 切片遍历方式和数组一样，可以用len()求长度。表示可用元素数量，读写操作不能超过该限制。 
    4. cap可以求出slice最大扩张容量，不能超出数组限制。0 <= len(slice) <= len(array)，其中array是slice引用的数组。
    5. 切片的定义：var 变量名 []类型，比如 var str []string  var arr []int。
    6. 如果 slice == nil，那么 len、cap 结果都等于 0。

创建切片的各种方式

package main

import "fmt"

func main() {
    
    
   //1.声明切片
   var s1 []int
   if s1 == nil {
    
    
      fmt.Println("是空")
   } else {
    
    
      fmt.Println("不是空")
   }
   // 2.:=
   s2 := []int{
    
    }
   // 3.make()
   var s3 []int = make([]int, 0)
   fmt.Println(s1, s2, s3)
   // 4.初始化赋值
   var s4 []int = make([]int, 0, 0)
   fmt.Println(s4)
   s5 := []int{
    
    1, 2, 3}
   fmt.Println(s5)
   // 5.从数组切片
   arr := [5]int{
    
    1, 2, 3, 4, 5}
   var s6 []int
   // 前包后不包
   s6 = arr[1:4]
   fmt.Println(s6)
}

切片初始化

全局：
var arr = [...]int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
var slice0 []int = arr[start:end] 
var slice1 []int = arr[:end]        
var slice2 []int = arr[start:]        
var slice3 []int = arr[:] 
var slice4 = arr[:len(arr)-1]      //去掉切片的最后一个元素
局部：
arr2 := [...]int{9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0}
slice5 := arr[start:end]
slice6 := arr[:end]        
slice7 := arr[start:]     
slice8 := arr[:]  
slice9 := arr[:len(arr)-1] //去掉切片的最后一个元素

null

代码：

package main

import (
    "fmt"
)

var arr = [...]int{
    
    0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
var slice0 []int = arr[2:8]
var slice1 []int = arr[0:6]        //可以简写为 var slice []int = arr[:end]
var slice2 []int = arr[5:10]       //可以简写为 var slice[]int = arr[start:]
var slice3 []int = arr[0:len(arr)] //var slice []int = arr[:]
var slice4 = arr[:len(arr)-1]      //去掉切片的最后一个元素
func main() {
    
    
    fmt.Printf("全局变量：arr %v\n", arr)
    fmt.Printf("全局变量：slice0 %v\n", slice0)
    fmt.Printf("全局变量：slice1 %v\n", slice1)
    fmt.Printf("全局变量：slice2 %v\n", slice2)
    fmt.Printf("全局变量：slice3 %v\n", slice3)
    fmt.Printf("全局变量：slice4 %v\n", slice4)
    fmt.Printf("-----------------------------------\n")
    arr2 := [...]int{
    
    9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0}
    slice5 := arr[2:8]
    slice6 := arr[0:6]         //可以简写为 slice := arr[:end]
    slice7 := arr[5:10]        //可以简写为 slice := arr[start:]
    slice8 := arr[0:len(arr)]  //slice := arr[:]
    slice9 := arr[:len(arr)-1] //去掉切片的最后一个元素
    fmt.Printf("局部变量： arr2 %v\n", arr2)
    fmt.Printf("局部变量： slice5 %v\n", slice5)
    fmt.Printf("局部变量： slice6 %v\n", slice6)
    fmt.Printf("局部变量： slice7 %v\n", slice7)
    fmt.Printf("局部变量： slice8 %v\n", slice8)
    fmt.Printf("局部变量： slice9 %v\n", slice9)
}

输出结果：

    全局变量：arr [0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]
    全局变量：slice0 [2 3 4 5 6 7]
    全局变量：slice1 [0 1 2 3 4 5]
    全局变量：slice2 [5 6 7 8 9]
    全局变量：slice3 [0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]
    全局变量：slice4 [0 1 2 3 4 5 6 7 8]
    -----------------------------------
    局部变量： arr2 [9 8 7 6 5 4 3 2 1 0]
    局部变量： slice5 [2 3 4 5 6 7]
    局部变量： slice6 [0 1 2 3 4 5]
    局部变量： slice7 [5 6 7 8 9]
    局部变量： slice8 [0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]
    局部变量： slice9 [0 1 2 3 4 5 6 7 8]

通过make来创建切片

    var slice []type = make([]type, len)
    slice  := make([]type, len)
    slice  := make([]type, len, cap)

null

代码：

package main

import (
    "fmt"
)

var slice0 []int = make([]int, 10)
var slice1 = make([]int, 10)
var slice2 = make([]int, 10, 10)

func main() {
    
    
    fmt.Printf("make全局slice0 ：%v\n", slice0)
    fmt.Printf("make全局slice1 ：%v\n", slice1)
    fmt.Printf("make全局slice2 ：%v\n", slice2)
    fmt.Println("--------------------------------------")
    slice3 := make([]int, 10)
    slice4 := make([]int, 10)
    slice5 := make([]int, 10, 10)
    fmt.Printf("make局部slice3 ：%v\n", slice3)
    fmt.Printf("make局部slice4 ：%v\n", slice4)
    fmt.Printf("make局部slice5 ：%v\n", slice5)
}

输出结果：

    make全局slice0 ：[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]
    make全局slice1 ：[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]
    make全局slice2 ：[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]
    --------------------------------------
    make局部slice3 ：[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]
    make局部slice4 ：[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]
    make局部slice5 ：[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]

切片的内存布局

null

读写操作实际目标是底层数组，只需注意索引号的差别。

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    
    
    data := [...]int{
    
    0, 1, 2, 3, 4, 5}

    s := data[2:4]
    s[0] += 100
    s[1] += 200

    fmt.Println(s)
    fmt.Println(data)
}

输出:

    [102 203]
    [0 1 102 203 4 5]

可直接创建 slice 对象，自动分配底层数组。

package main

import "fmt"

func main() {
    
    
    s1 := []int{
    
    0, 1, 2, 3, 8: 100} // 通过初始化表达式构造，可使用索引号。
    fmt.Println(s1, len(s1), cap(s1))

    s2 := make([]int, 6, 8) // 使用 make 创建，指定 len 和 cap 值。
    fmt.Println(s2, len(s2), cap(s2))

    s3 := make([]int, 6) // 省略 cap，相当于 cap = len。
    fmt.Println(s3, len(s3), cap(s3))
}

输出结果:

    [0 1 2 3 0 0 0 0 100] 9 9
    [0 0 0 0 0 0] 6 8
    [0 0 0 0 0 0] 6 6

使用 make 动态创建slice，避免了数组必须用常量做长度的麻烦。还可用指针直接访问底层数组，退化成普通数组操作。

package main

import "fmt"

func main() {
    
    
    s := []int{
    
    0, 1, 2, 3}
    p := &s[2] // *int, 获取底层数组元素指针。
    *p += 100

    fmt.Println(s)
}

输出结果:

    [0 1 102 3]

至于 [][]T，是指元素类型为 []T 。

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    
    
    data := [][]int{
    
    
        []int{
    
    1, 2, 3},
        []int{
    
    100, 200},
        []int{
    
    11, 22, 33, 44},
    }
    fmt.Println(data)
}

输出结果：

    [[1 2 3] [100 200] [11 22 33 44]]

可直接修改 struct array/slice 成员。

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    
    
    d := [5]struct {
    
    
        x int
    }{
    
    }

    s := d[:]

    d[1].x = 10
    s[2].x = 20

    fmt.Println(d)
    fmt.Printf("%p, %p\n", &d, &d[0])

}

输出结果:

    [{0} {10} {20} {0} {0}]
    0xc4200160f0, 0xc4200160f0

用append内置函数操作切片（切片追加）

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    
    

    var a = []int{
    
    1, 2, 3}
    fmt.Printf("slice a : %v\n", a)
    var b = []int{
    
    4, 5, 6}
    fmt.Printf("slice b : %v\n", b)
    c := append(a, b...)
    fmt.Printf("slice c : %v\n", c)
    d := append(c, 7)
    fmt.Printf("slice d : %v\n", d)
    e := append(d, 8, 9, 10)
    fmt.Printf("slice e : %v\n", e)

}

输出结果：

    slice a : [1 2 3]
    slice b : [4 5 6]
    slice c : [1 2 3 4 5 6]
    slice d : [1 2 3 4 5 6 7]
    slice e : [1 2 3 4 5 6 7 8 9 10]

append ：向 slice 尾部添加数据，返回新的 slice 对象。

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    
    

    s1 := make([]int, 0, 5)
    fmt.Printf("%p\n", &s1)

    s2 := append(s1, 1)
    fmt.Printf("%p\n", &s2)

    fmt.Println(s1, s2)

}

输出结果：

    0xc42000a060
    0xc42000a080
    [] [1]

超出原 slice.cap 限制，就会重新分配底层数组，即便原数组并未填满。

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    
    

    data := [...]int{
    
    0, 1, 2, 3, 4, 10: 0}
    s := data[:2:3]

    s = append(s, 100, 200) // 一次 append 两个值，超出 s.cap 限制。

    fmt.Println(s, data)         // 重新分配底层数组，与原数组无关。
    fmt.Println(&s[0], &data[0]) // 比对底层数组起始指针。

}

输出结果:

    [0 1 100 200] [0 1 2 3 4 0 0 0 0 0 0]
    0xc4200160f0 0xc420070060

从输出结果可以看出，append 后的 s 重新分配了底层数组，并复制数据。如果只追加一个值，则不会超过 s.cap 限制，也就不会重新分配。
通常以 2 倍容量重新分配底层数组。在大批量添加数据时，建议一次性分配足够大的空间，以减少内存分配和数据复制开销。或初始化足够长的 len 属性，改用索引号进行操作。及时释放不再使用的 slice 对象，避免持有过期数组，造成 GC 无法回收。

slice中cap重新分配规律：

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    
    

    s := make([]int, 0, 1)
    c := cap(s)

    for i := 0; i < 50; i++ {
    
    
        s = append(s, i)
        if n := cap(s); n > c {
    
    
            fmt.Printf("cap: %d -> %d\n", c, n)
            c = n
        }
    }

}

输出结果:

    cap: 1 -> 2
    cap: 2 -> 4
    cap: 4 -> 8
    cap: 8 -> 16
    cap: 16 -> 32
    cap: 32 -> 64

切片拷贝

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    
    

    s1 := []int{
    
    1, 2, 3, 4, 5}
    fmt.Printf("slice s1 : %v\n", s1)
    s2 := make([]int, 10)
    fmt.Printf("slice s2 : %v\n", s2)
    copy(s2, s1)
    fmt.Printf("copied slice s1 : %v\n", s1)
    fmt.Printf("copied slice s2 : %v\n", s2)
    s3 := []int{
    
    1, 2, 3}
    fmt.Printf("slice s3 : %v\n", s3)
    s3 = append(s3, s2...)
    fmt.Printf("appended slice s3 : %v\n", s3)
    s3 = append(s3, 4, 5, 6)
    fmt.Printf("last slice s3 : %v\n", s3)

}

输出结果：

    slice s1 : [1 2 3 4 5]
    slice s2 : [0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]
    copied slice s1 : [1 2 3 4 5]
    copied slice s2 : [1 2 3 4 5 0 0 0 0 0]
    slice s3 : [1 2 3]
    appended slice s3 : [1 2 3 1 2 3 4 5 0 0 0 0 0]
    last slice s3 : [1 2 3 1 2 3 4 5 0 0 0 0 0 4 5 6]

copy ：函数 copy 在两个 slice 间复制数据，复制长度以 len 小的为准。两个 slice 可指向同一底层数组，允许元素区间重叠。

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    
    

    data := [...]int{
    
    0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
    fmt.Println("array data : ", data)
    s1 := data[8:]
    s2 := data[:5]
    fmt.Printf("slice s1 : %v\n", s1)
    fmt.Printf("slice s2 : %v\n", s2)
    copy(s2, s1)
    fmt.Printf("copied slice s1 : %v\n", s1)
    fmt.Printf("copied slice s2 : %v\n", s2)
    fmt.Println("last array data : ", data)

}

输出结果:

    array data :  [0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]
    slice s1 : [8 9]
    slice s2 : [0 1 2 3 4]
    copied slice s1 : [8 9]
    copied slice s2 : [8 9 2 3 4]
    last array data :  [8 9 2 3 4 5 6 7 8 9]

应及时将所需数据 copy 到较小的 slice，以便释放超大号底层数组内存。

slice遍历：

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    
    

    data := [...]int{
    
    0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
    slice := data[:]
    for index, value := range slice {
    
    
        fmt.Printf("inde : %v , value : %v\n", index, value)
    }

}

输出结果：

    inde : 0 , value : 0
    inde : 1 , value : 1
    inde : 2 , value : 2
    inde : 3 , value : 3
    inde : 4 , value : 4
    inde : 5 , value : 5
    inde : 6 , value : 6
    inde : 7 , value : 7
    inde : 8 , value : 8
    inde : 9 , value : 9

切片resize（调整大小）

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    
    
    var a = []int{
    
    1, 3, 4, 5}
    fmt.Printf("slice a : %v , len(a) : %v\n", a, len(a))
    b := a[1:2]
    fmt.Printf("slice b : %v , len(b) : %v\n", b, len(b))
    c := b[0:3]
    fmt.Printf("slice c : %v , len(c) : %v\n", c, len(c))
}

输出结果：

    slice a : [1 3 4 5] , len(a) : 4
    slice b : [3] , len(b) : 1
    slice c : [3 4 5] , len(c) : 3

数组和切片的内存布局

null

字符串和切片（string and slice）

string底层就是一个byte的数组，因此，也可以进行切片操作。

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    
    
    str := "hello world"
    s1 := str[0:5]
    fmt.Println(s1)

    s2 := str[6:]
    fmt.Println(s2)
}

输出结果：

    hello
    world

string本身是不可变的，因此要改变string中字符。需要如下操作：
英文字符串：

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    
    
    str := "Hello world"
    s := []byte(str) //中文字符需要用[]rune(str)
    s[6] = 'G'
    s = s[:8]
    s = append(s, '!')
    str = string(s)
    fmt.Println(str)
}

输出结果：

    Hello Go!

含有中文字符串：

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    
    
    str := "你好，世界！hello world！"
    s := []rune(str) 
    s[3] = '够'
    s[4] = '浪'
    s[12] = 'g'
    s = s[:14]
    str = string(s)
    fmt.Println(str)
}

输出结果：

你好，够浪！hello go

golang slice data[:6:8] 两个冒号的理解

常规slice , data[6:8]，从第6位到第8位（返回6， 7），长度len为2，最大可扩充长度cap为4（6-9）

另一种写法： data[:6:8] 每个数字前都有个冒号， slice内容为data从0到第6位，长度len为6，最大扩充项cap设置为8

a[x:y:z] 切片内容 [x:y] 切片长度: y-x 切片容量:z-x

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    
    
    slice := []int{
    
    0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
    d1 := slice[6:8]
    fmt.Println(d1, len(d1), cap(d1))
    d2 := slice[:6:8]
    fmt.Println(d2, len(d2), cap(d2))
}

数组or切片转字符串：

    strings.Replace(strings.Trim(fmt.Sprint(array_or_slice), "[]"), " ", ",", -1)

内存分析

切片是一个结构体，包含三个成员变量，array指向一块连续的内存空间，cap表示这块内存的大小，len表示目前该内存里存储了多少元素。

type slice struct {
    
     
    array unsafe.Pointer 
    len int 
    cap int 
}

在这里插入图片描述

切片的初始化

var s []int //切片声明，len=cap=0
s = []int{
    
    } //初始化，len=cap=0
s = make([]int, 3) //初始化，len=cap=3
s = make([]int, 3, 5) //初始化，len=3，cap=5
s = []int{
    
    1, 2, 3, 4, 5} //初始化，len=cap=5
s2d := [][]int{
    
    
    {
    
    1},{
    
    2, 3}, //二维数组各行的列数相等，但二维切片各行的len可以不等
}

切片相对于数组最大的特点就是可以追加元素，可以自动扩容。追加的元素放到预留的内存空间里，同时len加1。如果预留空间已用完，则会重新申请一块更大的内存空间，capacity大约变成之前的2倍(cap<1024)或1.25倍(cap>1024)。把原内存空间的数据拷贝过来，在新内存空间上执行append操作。

s := make([]int, 3, 5)
for i := 0; i < 3; i++ {
    
    
    s[i] = i + 1
} //s=[1,2,3]
fmt.Printf("s[0] address %p, s=%v\n", &s[0], s)
/*
capacity还够用，直接把追加的元素放到预留的内存空间上
*/
s = append(s, 4, 5) //可以一次append多个元素
fmt.Printf("s[0] address %p, s=%v\n", &s[0], s)
/*
capacity不够用了，得申请一片新的内存，把老数据先拷贝过来，在新内存上执行append操作
*/
s = append(s, 6)
fmt.Printf("s[0] address %p, s=%v\n", &s[0], s)

//探究capacity扩容规律
func expansion() {
    
    
	s := make([]int, 0, 3)
	prevCap := cap(s)
	for i := 0; i < 100; i++ {
    
    
		s = append(s, i)
		currCap := cap(s)
		if currCap > prevCap {
    
    
			//每次扩容都是扩到原先的2倍
			fmt.Printf("capacity从%d变成%d\n", prevCap, currCap)
			prevCap = currCap
		}
	}
}

通过指定起止下标，可以从大切片中截取一个子切片。

s := make([]int, 3, 5)	//len=3, cap=5
sub_slice = s[1:3]		//len=2, cap=4

刚开始，子切片和母切片共享底层的内存空间，修改子切片会反映到母切片上，在子切片上执行append会把新元素放到母切片预留的内存空间上。当子切片不断执行append，耗完了母切片预留的内存空间，子切片跟母切片就会发生内存分离，此后两个切片没有任何关系。

在这里插入图片描述

func sub_slice() {
    
    
	/*
	截取一部分，创造子切片，此时子切片与母切片(或母数组)共享底层内存空间，母切片的capacity子切片可能直接用
	*/
	s := make([]int, 3, 5)
	for i := 0; i < 3; i++ {
    
    
		s[i] = i + 1
	} //s=[1,2,3]
	fmt.Printf("s[1] address %p\n", &s[1])
	sub_slice := s[1:3] //从切片创造子切片，len=cap=2
	fmt.Printf("len %d cap %d\n", len(sub_slice), cap(sub_slice))
	/*
	母切片的capacity还允许子切片执行append操作
	*/
	sub_slice = append(sub_slice, 6, 7) //可以一次append多个元素
	sub_slice[0] = 8
	fmt.Printf("s=%v, sub_slice=%v, s[1] address %p, sub_slice[0] address %p\n", s, sub_slice, &s[1], &sub_slice[0])
	/*
	母切片的capacity用完了，子切片再执行append就得申请一片新的内存，把老数据先拷贝过来，在新内存上执行append操作。此时的append操作跟母切片没有任何关系
	*/
	sub_slice = append(sub_slice, 8)
	sub_slice[0] = 9
	fmt.Printf("s=%v, sub_slice=%v, s[1] address %p, sub_slice[0] address %p\n", s, sub_slice, &s[1], &sub_slice[0])

	arr := [5]int{
    
    1, 2, 3, 4, 5}
	fmt.Printf("arr[1] address %p\n", &arr[1])
	sub_slice = arr[1:3] //从数组创造子切片，len=cap=2
	fmt.Printf("len %d cap %d\n", len(sub_slice), cap(sub_slice))
	/*
	母数组的capacity还允许子切片执行append操作
	*/
	sub_slice = append(sub_slice, 6, 7) //可以一次append多个元素
	sub_slice[0] = 8
	fmt.Printf("arr=%v, sub_slice=%v, arr[1] address %p, sub_slice[0] address %p\n", arr, sub_slice, &arr[1], &sub_slice[0])
	/*
	母数组的capacity用完了，子切片再执行append就得申请一片新的内存，把老数据先拷贝过来，在新内存上执行append操作。此时的append操作跟母数组没有任何关系
	*/
	sub_slice = append(sub_slice, 8)
	sub_slice[0] = 9
	fmt.Printf("arr=%v, sub_slice=%v, arr[1] address %p, sub_slice[0] address %p\n", arr, sub_slice, &arr[1], &sub_slice[0])
}

go语言函数传参，传的都是值，即传切片会把切片的{arrayPointer, len, cap}这3个字段拷贝一份传进来。由于传的是底层数组的指针，所以可以直接修改底层数组里的元素。

func update_slice(s []int) {
    
    
	s[0] = 888
}
s := []int{
    
    1, 2, 3}
update_slice(s)
fmt.Printf("s=%v\n", s)

切片注意事项

【1】切片定义后不可以直接使用，需要让其引用到一个数组，或者make一个空间供切片来使用
【2】切片使用不能越界。
【3】简写方式：

var slice = arr[0:end] ----》 var slice = arr[:end]
var slice = arr[start:len(arr)] ----》 var slice = arr[start:]
var slice = arr[0:len(arr)] ----》 var slice = arr[:]

【4】切片可以继续切片
【5】切片可以动态增长

package main
import "fmt"
func main(){
    
    
        //定义数组：
        var intarr [6]int = [6]int{
    
    1,4,7,3,6,9}
        //定义切片：
        var slice []int = intarr[1:4] //4,7,3
        fmt.Println(len(slice))
        slice2 := append(slice,88,50)
        fmt.Println(slice2) //[4 7 3 88 50]
        fmt.Println(slice) // [4 7 3]
        //底层原理：
        //1.底层追加元素的时候对数组进行扩容，老数组扩容为新数组：
        //2.创建一个新数组，将老数组中的4,7,3复制到新数组中，在新数组中追加88,50
        //3.slice2 底层数组的指向 指向的是新数组 
        //4.往往我们在使用追加的时候其实想要做的效果给slice追加：
        slice = append(slice,88,50)
        fmt.Println(slice)//[4 7 3 88 50]
        //5.底层的新数组 不能直接维护，需要通过切片间接维护操作。
}

可以通过append函数将切片追加给切片：
在这里插入图片描述

【6】切片的拷贝：

package main
import "fmt"
func main(){
    
    
        //定义切片：
        var a []int = []int{
    
    1,4,7,3,6,9}
        //再定义一个切片：
        var b []int = make([]int,10)
        //拷贝：
        copy(b,a) //将a中对应数组中元素内容复制到b中对应的数组中
        fmt.Println(b)//[1 4 7 3 6 9 0 0 0 0]
}