Go之路五：切片和指针

Posted 2021-07-06 中國颜值的半壁江山

切片（slice）

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：

func arraySum(x [3]int) int{
    sum := 0
    for _, v := range x{
        sum = sum + v
    }
    return sum
}

这个求和函数只能接受[3]int类型，其他的都不支持。 再比如，

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。

切片的定义

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。

声明切片类型的基本语法如下：

var name []T

其中，

• name:表示变量名
• T:表示切片中的元素类型

举个例子：

func slice_1() {
   // 切片的定义
   var s1 []int				// 声明一个字符串切片
   var s2 []string			// 声明一个整型切片
   fmt.Println(s1, s2)		// [] []
   fmt.Println(s1 == nil)	// true
   fmt.Println(s1 == nil)	// true

   // 初始化
   s1 = []int{1, 2, 3}
   s2 = []string{"Hello", "World", "你好", "世界"}
   fmt.Println(s1, s2)		// [1 2 3] [Hello World 你好 世界]
   fmt.Println(s1 == nil)	// false
   fmt.Println(s1 == nil)	// false

   // 定义的同时初始化
   var s3 = []int{4, 5, 6}
   fmt.Println(s3)			// [4 5 6]
}

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。

切片的容量是指底层数组从第一个元素到最后的容量

func slice_1() {

	var s1 []int{1, 2, 3, 1000}
	var s2 []string{"Hello", "World", "你好", "世界"}

	// 切片的长度和容量
	fmt.Printf("%d的长度为:%d, %d的容量为:%d\\n",s1, len(s1), s1, cap(s1))
	fmt.Printf("%s的长度为:%d, %s的容量为:%d",s2, len(s2), s2, cap(s2))
}

--->>>
[1 2 3 1000]的长度为:4, [1 2 3 1000]的容量为:4
[Hello World 你好 世界]的长度为:4, [Hello World 你好 世界]的容量为:4

由数组得到一个切片

func slice_2() {
	// 由数组得到一个切片
	a1 := [...]int{1,3,5,7,9,11,13,15}
	s3 := a1[0:5]							// 基于一个数组切割得到切片(左闭右开)
	fmt.Printf("%T,%T\\n", a1, s3)
	fmt.Printf("s3为:%d",s3)
}

--->>>
[8]int,[]int
s3为:[1 3 5 7 9]

为了方便起见，可以省略切片表达式中的任何索引。省略了low则默认为0；省略了high则默认为切片操作数的长度:

func slice_2() {
	// 由数组得到一个切片
	a1 := [...]int{1,3,5,7,9,11,13,15}
    
    s4 := a1[3:]				// 等同于a1[3:len(a1)]
    s5 := a1[:3]				// 等同于a1[0:3]
    s6 := a1[:]					// 等同于a1[0:len(a1)]
	fmt.Println("\\ns4:",s4,"\\ns5:",s5,"\\ns6:",s6)
}

--->>>
s4: [7 9 11 13 15] 
s5: [1 3 5] 
s6: [1 3 5 7 9 11 13 15]

切片再切片

func slice_3() {
	// 切片再切片
	a := [...]string{"山东", "菏泽", "曹县", "北京", "上海", "广州", "深圳"}
	fmt.Printf("a:%v type:%T len:%d cap:%d\\n", a, a, len(a), cap(a))
	b := a[:6]
	fmt.Printf("b:%v type:%T len:%d cap:%d\\n", b, b, len(b), cap(b))
	var c []string
	c = b[3:]
	fmt.Printf("c:%v type:%T len:%d cap:%d\\n", c, c, len(c), cap(c))
}

--->>>
a:[山东 菏泽 曹县 北京 上海 广州 深圳] type:[7]string len:7 cap:7
b:[山东 菏泽 曹县 北京 上海 广州] type:[]string len:6 cap:7
c:[北京 上海 广州] type:[]string len:3 cap:4

切片的容量是指底层数组从第一个元素到最后的容量，因此 b 和容量还是7，但 c 是从第4个元素开始往右切片的，容量为4

切片是引用类型，底层数组改变，切片也会改变

func slice_3() {
	a := [...]string{"山东", "菏泽", "曹县", "北京", "上海", "广州", "深圳"}
	b := a[:6]
    c := b[3:]
	fmt.Printf("c:%v type:%T len:%d cap:%d\\n", c, c, len(c), cap(c))
	a[3] = "天津"
	fmt.Println("c:",c)
}

--->>>
c:[北京 上海 广州] type:[]string len:3 cap:4
c:[天津 上海 广州]

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：

make([]T, size, cap)

其中：

• T:切片的元素类型
• size:切片中元素的数量
• cap:切片的容量

举个例子：

func slice_4() {
	// 通过make函数构造动态切片
	s1 := make([]int, 5, 10)
	fmt.Printf("s1=%v len(s1):%d cap(s1):%d", s1, len(s1), cap(s1))
}

--->>>
s1=[0 0 0 0 0] len(s1):5 cap(s1):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5个。 容量并不会影响当前元素的个数，所以len(a)返回5，cap(a)则返回该切片的容量。

切片的本质

切片就是一个框，框住了一块连续的内存。

切片属于引用类型，真正的数据都是保存在底层数组里的。

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。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-gMQuNRPm-1625042758614)(D:\\typora\\images\\slice_01.png)]

切片s2 := a[3:6]，相应示意图如下：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-mrnYbmBo-1625042758616)(D:\\typora\\images\\slice_02.png)]

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。

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：

var s1 []int         //len(s1)=0;cap(s1)=0;s1==nil
s2 := []int{}        //len(s2)=0;cap(s2)=0;s2!=nil
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。

func slice_5() {
	a := make([]int, 3)
	b := a
	b[1] = 9
	fmt.Println("a:",a)
	fmt.Println("b:",b)
}

--->>>
a: [0 9 0]
b: [0 9 0]

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。

func slice_6() {
	s1 := []int{3, 1, 4, 1, 6}

	// 索引遍历
	for i := 0; i<len(s1); i++{
		fmt.Println(s1[i])
	}

	// for_range遍历
	for _, i := range s1 {
		fmt.Println(i)
	}
}

两种方法均可，得到的结果一致，均为：

3
1
4
1
6

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。 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…）。

func slice_7() {
	// append()方法为切片添加元素
	var s []int
	s = append(s, 1)
	fmt.Println("s:",s)
	s = append(s, 12, 34, 56)
	fmt.Println("s:",s)
	s2 := []int{4}
	s2 = append(s2, s...)
	fmt.Println("s2:",s2)
}

--->>>
s: [1]
s: [1 12 34 56]
s2: [4 1 12 34 56]

**注意：**通过var声明的零值切片可以在append()函数直接使用，无需初始化。

var s []int
s = append(s, 1, 2, 3)

没有必要像下面的代码一样初始化一个切片再传入append()函数使用

s := []int{}  // 没有必要初始化
s = append(s, 1, 2, 3)

var s = make([]int)  // 没有必要初始化
s = append(s, 1, 2, 3)

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：

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

var citySlice []string
// 追加一个元素
citySlice = append(citySlice, "北京")
// 追加多个元素
citySlice = append(citySlice, "上海", "广州", "深圳")
// 追加切片
a := []string{"成都", "重庆"}
citySlice = append(citySlice, a...)
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：

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：

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]
}

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(destSlice, srcSlice []T)

其中：

• srcSlice: 数据来源切片
• destSlice: 目标切片

举个例子：

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]<
以上是关于Go之路五：切片和指针的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
 
 Go语言切片
 golang学习五·五:指针&切片&字典&结构体
 golang学习五·五:指针&切片&字典&结构体
 你知道的Go切片扩容机制可能是错的
 Go语言之路—博客目录
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