go中的数据结构切片-slice

Posted 2020-11-23 33debug

1.部分基本类型

　　go中的类型与c的相似，常用类型有一个特例：byte类型，即字节类型，长度为，默认值是0；

1 bytes = [5]btye{‘h‘, ‘e‘, ‘l‘, ‘l‘, ‘o‘}

　　变量bytes的类型是[5]byte，一个由5个字节组成的数组。它的内存表示就是连起来的5个字节，就像C的数组。

1.1字符串

　　字符串在Go语言内存模型中用一个2字长(64位，32位内存布局方式下)的数据结构表示。它包含一个指向字符串数据存储地方的指针，和一个字符串长度数据如下图：

　　s是一个string类型的字符串，因为string类型不可变，对于多字符串共享同一个存储数据是安全的。切分操作str[i:j]会得到一个新的2字长结构t，一个可能不同的但仍指向同一个字节序列(即上文说的存储数据)的指针和长度数据。所以字符串切分不涉及内存分配或复制操作，其效率等同于传递下标。

1.2数组

　　数组类型定义了长度和元素类型。如， [4]int 类型表示一个四个整数的数组，其长度是固定的，长度是数组类型的一部分（ [4]int 和 [5]int 是完全不同的类型）。 数组可以以常规的索引方式访问，表达式 s[n] 访问数组的第 n 个元素。数组不需要显式的初始化；数组的零值是可以直接使用的，数组元素会自动初始化为其对应类型的零值。

1 var a [4]int
2 a[0] = 1
3 i := a[0]
4 // i == 1
5 // a[2] == 0, int 类型的零值

　　Go的数组是值语义。一个数组变量表示整个数组，它不是指向第一个元素的指针（不像 C 语言的数组）。 当一个数组变量被赋值或者被传递的时候，实际上会复制整个数组。 （为了避免复制数组，你可以传递一个指向数组的指针，但是数组指针并不是数组。） 可以将数组看作一个特殊的struct，结构的字段名对应数组的索引，同时成员的数目固定。

b := [2]string{"Penn", "Teller"}
b := [...]string{"Penn", "Teller"}

　　这两种写法， b 都是对应 [2]string 类型。

2.切片slice 

2.1结构

　　切片类型的写法是[]T ，T是切片元素的类型。和数组不同的是，切片类型并没有给定固定的长度。切片的字面值和数组字面值很像，不过切片没有指定元素个数：

1 letters := []string{"a", "b", "c", "d"}
2 s := letters [:]  //a slice referencing the storage of x
3 func make([]T, len, cap) []T    //使用内置函数 make 创建

　　一个slice是一个数组某个部分的引用。在内存中它是一个包含三个域的结构体：指向slice中第一个元素的指针ptr，slice的长度数据len，以及slice的容量cap。长度是下标操作的上界，如x[i]中i必须小于长度。容量是分割操作的上界，如x[i:j]中j不能大于容量。slice在Go的运行时库中就是一个C语言动态数组的实现，在$GOROOT/src/pkg/runtime/runtime.h中定义：

struct    Slice
{    // must not move anything
    byte*    array;        // actual data
    uintgo    len;        // number of elements
    uintgo    cap;        // allocated number of elements
};

　　数组的slice会创建一份新的数据结构，包含一个指针，一个指针和一个容量数据。如同分割一个字符串，分割数组也不涉及复制操作，它只是新建了一个结构放置三个数据。如下图：

　　示例中，对[]int{2,3,5,7,11}求值操作会创建一个包含五个值的数组，并设置x的属性来描述这个数组。分割表达式x[1:3]不重新分配内存数据，只写了一个新的slice结构属性来引用相同的存储数据。上例中，长度为2--只有y[0]和y[1]是有效的索引，但是容量为4--y[0:4]是一个有效的分割表达式。

　　因为slice分割操作不需要分配内存，也没有通常被保存在堆中的slice头部，这种表示方法使slice操作和在C中传递指针、长度对一样廉价。

2.2扩容

　　其实slice在Go的运行时库中就是一个C语言动态数组的实现，要增加切片的容量必须创建一个新的、更大容量的切片，然后将原有切片的内容复制到新的切片。在对slice进行append等操作时，可能会造成slice的自动扩容。其扩容时的大小增长规则是：

• 如果新的大小是当前大小2倍以上，则大小增长为新大小
• 否则循环以下操作：如果当前大小小于1024，按每次2倍增长，否则每次按当前大小1/4增长。直到增长的大小超过或等于新大小。

　　下面的例子将切片 s 容量翻倍，先创建一个2倍 容量的新切片 t ，复制 s 的元素到 t ，然后将 t 赋值给 s ： 

t := make([]byte, len(s), (cap(s)+1)*2) // +1 in case cap(s) == 0
for i := range s {
        t[i] = s[i]
}
s = t

　　循环中复制的操作可以由 copy 内置函数替代，返回复制元素的数目。此外， copy 函数可以正确处理源和目的切片有重叠的情况。

一个常见的操作是将数据追加到切片的尾部。必要的话会增加切片的容量，最后返回更新的切片：

func AppendByte(slice []byte, data ...byte) []byte {
    m := len(slice)
    n := m + len(data)
    if n > cap(slice) { // if necessary, reallocate
        // allocate double what‘s needed, for future growth.
        newSlice := make([]byte, (n+1)*2)
        copy(newSlice, slice)
        slice = newSlice
    }
    slice = slice[0:n]
    copy(slice[m:n], data)
    return slice
}

　　Go提供了一个内置函数 append，也实现了这样的功能。

func append(s []T, x ...T) []T
//append 函数将 x 追加到切片 s 的末尾，并且在必要的时候增加容量。
a := make([]int, 1)
// a == []int{0}
a = append(a, 1, 2, 3)
// a == []int{0, 1, 2, 3}

　　如果是要将一个切片追加到另一个切片尾部，需要使用 ... 语法将第2个参数展开为参数列表。

a := []string{"John", "Paul"}
b := []string{"George", "Ringo", "Pete"}
a = append(a, b...) // equivalent to "append(a, b[0], b[1], b[2])"
// a == []string{"John", "Paul", "George", "Ringo", "Pete"}

　　由于切片的零值 nil 用起来就像一个长度为零的切片，我们可以声明一个切片变量然后在循环 中向它追加数据：

// Filter returns a new slice holding only
// the elements of s that satisfy fn()
func Filter(s []int, fn func(int) bool) []int {
    var p []int // == nil
    for _, v := range s {
        if fn(v) {
            p = append(p, v)
        }
    }
    return p
}

3.使用切片需要注意的陷阱

　　切片操作并不会复制底层的数组。整个数组将被保存在内存中，直到它不再被引用。 有时候可能会因为一个小的内存引用导致保存所有的数据。

　　如下， FindDigits 函数加载整个文件到内存，然后搜索第一个连续的数字，最后结果以切片方式返回。

var digitRegexp = regexp.MustCompile("[0-9]+")

func FindDigits(filename string) []byte {
    b, _ := ioutil.ReadFile(filename)
    return digitRegexp.Find(b)
}

　　这段代码的行为和描述类似，返回的 []byte 指向保存整个文件的数组。因为切片引用了原始的数组， 导致 GC 不能释放数组的空间；只用到少数几个字节却导致整个文件的内容都一直保存在内存里。要修复整个问题，可以将需要的数据复制到一个新的切片中：

func CopyDigits(filename string) []byte {
    b, _ := ioutil.ReadFile(filename)
    b = digitRegexp.Find(b)
    c := make([]byte, len(b))
    copy(c, b)
    return c
}

　　使用 append 实现一个更简洁的版本：

    8  func CopyDigitRegexp(filename string) []byte {
    7     b,_ := ioutil.ReadFile(filename)
    6     b = digitRefexp.Find(b)
    5     var c []intb
    4    // for _,v := range b{
    3         c =append(c, b)
    2     //}
    1     return c
    0  }

4.make和new

Go有两个数据结构创建函数：make和new，也是两种不同的内存分配机制。

make和new的基本的区别是new(T)返回一个*T，返回的是一个指针，指向分配的内存地址，该指针可以被隐式地消除引用）。而make(T, args)返回一个普通的T。通常情况下，T内部有一些隐式的指针。所以new返回一个指向已清零内存的指针，而make返回一个T类型的结构。更详细的区别在后面内存分配的学习里研究。