go-切片

引子

因为数组的长度是固定的并且数组长度属于类型的一部分,所以数组有很多的局限性。 例如:
1 func arraySum(x [3]int) int{
2     sum := 0
3     for _, v := range x{
4         sum = sum + v
5     }
6     return sum
7 }

这个求和函数只能接受[3]int类型,其他的都不支持。 再比如:

1 a := [3]int{1, 2, 3}

数组a中已经有三个元素了,我们不能再继续往数组a中添加新元素了。

切片

切片(Slice)是一个拥有相同类型元素的可变长度的序列。它是基于数组类型做的一层封装。它非常灵活,支持自动扩容。
切片是一个引用类型,它的内部结构包含地址、长度和容量。切片一般用于快速地操作一块数据集合。

切片的定义

声明切片类型的基本语法如下:

var name []T

其中

  1. name:表示变量名
  2. T:表示切片中的元素类型

举个例子:

 1 func main() {
 2     // 声明切片类型
 3     var a []string              //声明一个字符串切片
 4     var b = []int{}             //声明一个整型切片并初始化
 5     var c = []bool{false, true} //声明一个布尔切片并初始化
 6     var d = []bool{false, true} //声明一个布尔切片并初始化
 7     fmt.Println(a)              //[]
 8     fmt.Println(b)              //[]
 9     fmt.Println(c)              //[false true]
10     fmt.Println(a == nil)       //true
11     fmt.Println(b == nil)       //false
12     fmt.Println(c == nil)       //false
13     // fmt.Println(c == d)   //切片是引用类型,不支持直接比较,只能和nil比较
14 }

切片的长度和容量

切片拥有自己的长度和容量,我们可以通过使用内置的len()函数求长度,使用内置的cap()函数求切片的容量。

基于数组定义

切片由于切片的底层就是一个数组,所以我们可以基于数组定义切片。

1 func main() {
2     // 基于数组定义切片
3     a := [5]int{55, 56, 57, 58, 59}
4     b := a[1:4]                     //基于数组a创建切片,包括元素a[1],a[2],a[3]
5     fmt.Println(b)                  //[56 57 58]
6     fmt.Printf("type of b:%T\n", b) //type of b:[]int
7 }

还支持如下方式:

1 c := a[1:] //[56 57 58 59]
2 d := a[:4] //[55 56 57 58]
3 e := a[:]  //[55 56 57 58 59]

切片再切片

除了基于数组得到切片,我们还可以通过切片来得到切片。

1 func main() {
2     //切片再切片
3     a := [...]string{"北京", "上海", "广州", "深圳", "成都", "重庆"}
4     fmt.Printf("a:%v type:%T len:%d  cap:%d\n", a, a, len(a), cap(a))
5     b := a[1:3]
6     fmt.Printf("b:%v type:%T len:%d  cap:%d\n", b, b, len(b), cap(b))
7     c := b[1:5]
8     fmt.Printf("c:%v type:%T len:%d  cap:%d\n", c, c, len(c), cap(c))
9 }

输出:

1 a:[北京 上海 广州 深圳 成都 重庆] type:[6]string len:6  cap:6
2 b:[上海 广州] type:[]string len:2  cap:5
3 c:[广州 深圳 成都 重庆] type:[]string len:4  cap:4

注意: 对切片进行再切片时,索引不能超过原数组的长度,否则会出现索引越界的错误。 

使用make()函数构造切片

我们上面都是基于数组来创建的切片,如果需要动态的创建一个切片,我们就需要使用内置的make()函数,格式如下:

1 make([]T, size, cap)

其中:

  1. T:切片的元素类型
  2. size:切片中元素的数量
  3. cap:切片的容量

举个例子:

1 func main() {
2     a := make([]int, 2, 10)
3     fmt.Println(a)      //[0 0]
4     fmt.Println(len(a)) //2
5     fmt.Println(cap(a)) //10
6 }

上面代码中a的内部存储空间已经分配了10个,但实际上只用了2个。 容量并不会影响当前元素的个数,所以len(a)返回2,cap(a)则返回该切片的容量。

切片的本质

切片的本质就是对底层数组的封装,它包含了三个信息:底层数组的指针、切片的长度(len)和切片的容量(cap)。
举个例子,现在有一个数组a := [8]int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7},切片s1 := a[:5],相应示意图如下。

切片s2 := a[3:6],相应示意图如下: 

切片不能直接比较

切片之间是不能比较的,我们不能使用==操作符来判断两个切片是否含有全部相等元素。 切片唯一合法的比较操作是和nil比较。 一个nil值的切片并没有底层数组,一个nil值的切片的长度和容量都是0。但是我们不能说一个长度和容量都是0的切片一定是nil,例如下面的示例:

1 var s1 []int         //len(s1)=0;cap(s1)=0;s1==nil
2 s2 := []int{}        //len(s2)=0;cap(s2)=0;s2!=nil
3 s3 := make([]int, 0) //len(s3)=0;cap(s3)=0;s3!=nil

所以要判断一个切片是否是空的,要是用len(s) == 0来判断,不应该使用s == nil来判断。

切片的赋值拷贝

下面的代码中演示了拷贝前后两个变量共享底层数组,对一个切片的修改会影响另一个切片的内容,这点需要特别注意。

1 func main() {
2     s1 := make([]int, 3) //[0 0 0]
3     s2 := s1             //将s1直接赋值给s2,s1和s2共用一个底层数组
4     s2[0] = 100
5     fmt.Println(s1) //[100 0 0]
6     fmt.Println(s2) //[100 0 0]
7 }

切片遍历

切片的遍历方式和数组是一致的,支持索引遍历和for range遍历。

 1 func main() {
 2     s := []int{1, 3, 5}
 3 
 4     for i := 0; i < len(s); i++ {
 5         fmt.Println(i, s[i])
 6     }
 7 
 8     for index, value := range s {
 9         fmt.Println(index, value)
10     }
11 }

append()方法为切片添加元素

Go语言的内建函数append()可以为切片动态添加元素,每个切片会指向一个底层数组,这个数组的容量够用就添加新增元素。当底层数组不能容纳新增的元素时,切片就会自动按照一定的策略进行“扩容”,此时该切片指向的底层数组就会更换。“扩容”操作往往发生在append()函数调用时,所以我们通常都需要用原变量接收append函数的返回值。

举个例子:

1 func main() {
2     //append()添加元素和切片扩容
3     var numSlice []int
4     for i := 0; i < 10; i++ {
5         numSlice = append(numSlice, i)
6         fmt.Printf("%v  len:%d  cap:%d  ptr:%p\n", numSlice, len(numSlice), cap(numSlice), numSlice)
7     }
8 }

输出:

 1 [0]  len:1  cap:1  ptr:0xc0000a8000
 2 [0 1]  len:2  cap:2  ptr:0xc0000a8040
 3 [0 1 2]  len:3  cap:4  ptr:0xc0000b2020
 4 [0 1 2 3]  len:4  cap:4  ptr:0xc0000b2020
 5 [0 1 2 3 4]  len:5  cap:8  ptr:0xc0000b6000
 6 [0 1 2 3 4 5]  len:6  cap:8  ptr:0xc0000b6000
 7 [0 1 2 3 4 5 6]  len:7  cap:8  ptr:0xc0000b6000
 8 [0 1 2 3 4 5 6 7]  len:8  cap:8  ptr:0xc0000b6000
 9 [0 1 2 3 4 5 6 7 8]  len:9  cap:16  ptr:0xc0000b8000
10 [0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]  len:10  cap:16  ptr:0xc0000b8000

从上面的结果可以看出:

  1. append()函数将元素追加到切片的最后并返回该切片。
  2. 切片numSlice的容量按照1,2,4,8,16这样的规则自动进行扩容,每次扩容后都是扩容前的2倍。

append()函数还支持一次性追加多个元素。 例如:

1 var citySlice []string
2 // 追加一个元素
3 citySlice = append(citySlice, "北京")
4 // 追加多个元素
5 citySlice = append(citySlice, "上海", "广州", "深圳")
6 // 追加切片
7 a := []string{"成都", "重庆"}
8 citySlice = append(citySlice, a...)
9 fmt.Println(citySlice) //[北京 上海 广州 深圳 成都 重庆]

切片的扩容策略

可以通过查看$GOROOT/src/runtime/slice.go源码,其中扩容相关代码如下:

 1 newcap := old.cap
 2 doublecap := newcap + newcap
 3 if cap > doublecap {
 4     newcap = cap
 5 } else {
 6     if old.len < 1024 {
 7         newcap = doublecap
 8     } else {
 9         // Check 0 < newcap to detect overflow
10         // and prevent an infinite loop.
11         for 0 < newcap && newcap < cap {
12             newcap += newcap / 4
13         }
14         // Set newcap to the requested cap when
15         // the newcap calculation overflowed.
16         if newcap <= 0 {
17             newcap = cap
18         }
19     }
20 }

从上面的代码可以看出以下内容:

  • 首先判断,如果新申请容量(cap)大于2倍的旧容量(old.cap),最终容量(newcap)就是新申请的容量(cap)。
  • 否则判断,如果旧切片的长度小于1024,则最终容量(newcap)就是旧容量(old.cap)的两倍,即(newcap=doublecap),
  • 否则判断,如果旧切片长度大于等于1024,则最终容量(newcap)从旧容量(old.cap)开始循环增加原来的1/4,即(newcap=old.cap,for {newcap += newcap/4})直到最终容量(newcap)大于等于新申请的容量(cap),即(newcap >= cap)
  • 如果最终容量(cap)计算值溢出,则最终容量(cap)就是新申请容量(cap)。
  • 需要注意的是,切片扩容还会根据切片中元素的类型不同而做不同的处理,比如int和string类型的处理方式就不一样。

使用copy()函数复制切片

首先我们来看一个问题:

1 func main() {
2     a := []int{1, 2, 3, 4, 5}
3     b := a
4     fmt.Println(a) //[1 2 3 4 5]
5     fmt.Println(b) //[1 2 3 4 5]
6     b[0] = 1000
7     fmt.Println(a) //[1000 2 3 4 5]
8     fmt.Println(b) //[1000 2 3 4 5]
9 }

由于切片是引用类型,所以a和b其实都指向了同一块内存地址。修改b的同时a的值也会发生变化。
Go语言内建的copy()函数可以迅速地将一个切片的数据复制到另外一个切片空间中,copy()函数的使用格式如下:

1 copy(destSlice, srcSlice []T)

其中:
srcSlice: 数据来源切片
destSlice: 目标切片
举个例子:

 1 func main() {
 2     // copy()复制切片
 3     a := []int{1, 2, 3, 4, 5}
 4     c := make([]int, 5, 5)
 5     copy(c, a)     //使用copy()函数将切片a中的元素复制到切片c
 6     fmt.Println(a) //[1 2 3 4 5]
 7     fmt.Println(c) //[1 2 3 4 5]
 8     c[0] = 1000
 9     fmt.Println(a) //[1 2 3 4 5]
10     fmt.Println(c) //[1000 2 3 4 5]
11 }

从切片中删除元素

Go语言中并没有删除切片元素的专用方法,我们可以使用切片本身的特性来删除元素。 代码如下:

1 func main() {
2     // 从切片中删除元素
3     a := []int{30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37}
4     // 要删除索引为2的元素
5     a = append(a[:2], a[3:]...)
6     fmt.Println(a) //[30 31 33 34 35 36 37]
7 }

总结一下就是:要从切片a中删除索引为index的元素,操作方法是a = append(a[:index], a[index+1:]...)

append用法:

 1 func testArray() {
 2     var a = make([]string, 5, 10)
 3     fmt.Println(a)
 4     fmt.Println(len(a))
 5     fmt.Println(cap(a))
 6     for i := 0; i < 10; i++ {
 7         a = append(a, fmt.Sprintf("%v", i))
 8     }
 9     fmt.Println(a)
10     fmt.Println(len(a))
11     fmt.Println(cap(a))
12 }

输出:

1 [    ]
2 5
3 10
4 [     0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]
5 15
6 20

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