Go 语言基础之切片(六)

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Go 语言切片是对数组的抽象。Go 数组的长度不可改变,在特定场景中这样的集合就不太适用,Go中提供了一种灵活,功能强悍的内置类型切片("动态数组"),与数组相比切片的长度是不固定的,可以追加元素,在追加时可能使切片的容量增大。

  • 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。
  • 切片的长度可以改变,因此,切片是一个可变的数组。
  • 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。
  • 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。
  • 切片的定义:var 变量名 []类型,比如 var str []string var arr []int。
  • 如果 slice == nil,那么 len、cap 结果都等于 0。

一. 切片的定义

声明切片类型的基本语法如下:

var name []type
// name 切片名称
// type 切片中的元素类型

举个栗子:

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

1.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。

2.使用make()函数来构造切片

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:

make([]Type, size, cap)
// type: 切片的元素类型,size:切片中元素的数量,cap:切片的容量

举个栗子:

package main

import "fmt"

func main() {
    a := make([]int, 2, 10)
    fmt.Println(a)      //[0 0]
    fmt.Println(len(a)) //2
    fmt.Println(cap(a)) //10
}
// 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。

3.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。

4.判断切片是否为空

要检查切片是否为空,请始终使用len(s) == 0来判断,而不应该使用s == nil来判断。

二. 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。

package main

import (
    "fmt"
)

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

三. 切片的遍历

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。

func main() {
    s := []int{1, 3, 5}
    // 第一种
    for i := 0; i < len(s); i++ {
        fmt.Println(i, s[i])
    }
    // 第二种
    for index, value := range s {
        fmt.Println(index, value)
    }
}

四. 切片追加元素

Go语言的内建函数append()可以为切片动态添加元素。 可以一次添加一个元素,可以添加多个元素,也可以添加另一个切片中的元素(后面加…)。

package main

import "fmt"

func main(){
    var s []int
    s = append(s, 1)        // [1]
    s = append(s, 2, 3, 4)  // [1 2 3 4]
    s2 := []int{5, 6, 7}  
    s = append(s, s2...)    // [1 2 3 4 5 6 7]
}

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。

示例:

package main

import "fmt"

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

输出:

[0]  len:1  cap:1  ptr:0xc0000b4008
[0 1]  len:2  cap:2  ptr:0xc0000b4030
[0 1 2]  len:3  cap:4  ptr:0xc0000ba020
[0 1 2 3]  len:4  cap:4  ptr:0xc0000ba020
[0 1 2 3 4]  len:5  cap:8  ptr:0xc0000b6080
[0 1 2 3 4 5]  len:6  cap:8  ptr:0xc0000b6080
[0 1 2 3 4 5 6]  len:7  cap:8  ptr:0xc0000b6080
[0 1 2 3 4 5 6 7]  len:8  cap:8  ptr:0xc0000b6080
[0 1 2 3 4 5 6 7 8]  len:9  cap:16  ptr:0xc0000bc000
[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]  len:10  cap:16  ptr:0xc0000bc000

从上面的结果可以看出:

  • append()函数将元素追加到切片的最后并返回新切片。
  • 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。

五. 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:

newcap := old.cap
doublecap := newcap + newcap
if cap > doublecap {
    newcap = cap
} else {
    if old.len < 1024 {
        newcap = doublecap
    } else {
        // Check 0 < newcap to detect overflow
        // and prevent an infinite loop.
        for 0 < newcap && newcap < cap {
            newcap += newcap / 4
        }
        // Set newcap to the requested cap when
        // the newcap calculation overflowed.
        if newcap <= 0 {
            newcap = cap
        }
    }
}

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intstring类型的处理方式就不一样。

六. 复制切片

package main

import "fmt"

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

通过以上代码,我们发现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:

copy(dst, src []Type)
// src: 数据来源切片,dst: 目标切片

示例:

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

七. 删除切片中的元素

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:

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

总结:从切片a中删除索引为index的元素,a = append(a[:index], a[index+1:]...)

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