go语言的数组与切片

Posted 2020-11-26 changfangxing

go语言的数组与切片

如果有编程基础的话，提到数组我们肯定不会陌生，所谓数组，就是有数的元素序列，我们可以认为数组是有限的相同类型数据的集合。

数组长度是固定的，所以这会带来很多局限性。

比如说只接受相同类型的元素，长度固定等等。

那么切片的出现，则为golang解决了以上数组所带来的不便。

切片(slice)是一个引用类型，它是拥有相同类型的元素并且长度可变的序列。

基于数组类型做的一层封装，支持扩容。

切片的内部结构包含地址、长度、容量。它主要用于服务一块数据的集合。

下面我们来看一看数组的声明：

var arr1 [5]int                                     // 声明一个长度为5的数组
var arr2 = [5]int{1, 2, 3, 4, 5}    //声明一个数组，并初始化

然后再看一看切片的声明：

var slice1 []string                 //声明一个字符串切片
var intSlice []int                  //定义一个整型切片
var boolSlice = []bool{true, false} //声明一个布尔切片并初始化

数组的遍历

第一种，for循环

var arr1 = [5]int{1,2,3,4,5}
for i := 0; i < len(arr1); i++ {
    fmt.Println(arr1[i])
}

第二种：for-range

var arr1 = [5]int{1,2,3,4,5}    
for i, v := range arr1 {
    fmt.Printf("第%d个元素，值为：%d
", i, v)
}

数组类型

数组的类型实际上是值类型，所以可以通过new() 来创建数组：

var arr1 = new([5]int)

通过new创建的数组和var arr2 [5]int的区别是什么呢？

arr1的类型是*[5]int, 而arr2的类型则是[5]int

    var arr1 = new([5]int)
    var arr2 = [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
    fmt.Printf("arr1 type : %T, arr2 type : %T
", arr1, arr2)

输出如下：

arr1 type : *[5]int, arr2 type : [5]int

这样的结果是什么呢？就是当把一个数组赋值给另一个数组后，需要再做一次数组内存的拷贝操作。

例如：

arr2 := *arr1
arr2[2] = 100

切片

切片的底层就是数组，所以我们可以基于数组来定义切片。

举个例子：

func main() {
    var ar1 = [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
    ar2 := ar1[:3]
    fmt.Printf("ar1 type : %T, ar2 type : %T", ar1, ar2)
}

输出如下：

ar1 type : [5]int, ar2 type : []int

基于切片再得到切片

func main() {
    var ar1 = [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
    ar2 := ar1[:3]
    fmt.Println(ar2)
    ar3 := ar2[0:4]
    fmt.Println(ar3)
}

输出：

[1 2 3]
[1 2 3 4]

使用make构造切片

make函数是内置的，格式如下：

make([]T,size, cap)

T就是创建切片的类型，size是切片中元素的数量，cap是切片的容量。

举个例子：

func main() {
    a := make([]int, 2, 10)
    a[1] = 10
    fmt.Println(a) //[0,10]
    fmt.Println(len(a)) //元素数量2
    fmt.Println(cap(a)) //容量是10
}

但注意！虽然切片a的容量是10，但是这并不意味着我们可以随意的给切片a赋值。

比如说：我定义了一个切片a := make([]int, 2, 10)，a[1]= 10 但是如果这时我让a[2] = 11则会报错。

panic: runtime error: index out of range [2] with length 2

使用append为切片追加数据

所以这里涉及到如何为切片添加元素，我们可以用系统自带的append函数，来为切片添加元素。

每个切片都会指向一个底层数组，这个数组会容纳一定数量的元素。

当底层数组不能容纳新增的元素时，就会发生扩容，那么这时候切片指向的底层数组就会更换。

下面我们来看一个例子：

func main() {
    a := make([]int, 2, 10)
    a[0] = 1                        //第一个元素为1
    a[1] = 10                       //第二个元素为10
    a = append(a, 11)   //此时我们追加一个新的元素，11
    fmt.Println(a)          //[1,10,11]
}

使用appen()函数即可让切片添加新的元素。

那么问题来了，如果我们不停地追加新的元素，切片指向的数组什么时候会改变呢？下面再看一段代码：

func main() {
    a := make([]int, 2, 5)
    a[0] = 1
    a[1] = 10
    fmt.Printf("切片a循环前的内存地址：%p
", a)
    for i := 0; i < 10; i++ {
        a = append(a, 100+i)
        fmt.Printf("追加完毕，循环次数:%d, 切片a此时的内存地址:%p, 切片a的容量:%d
", i, a, cap(a))
    }
    fmt.Println(a)
}

输出结果：

切片a循环前的内存地址：0xc0000a8030
追加完毕，循环次数:0, 切片a此时的内存地址:0xc0000a8030, 切片a的容量:5
追加完毕，循环次数:1, 切片a此时的内存地址:0xc0000a8030, 切片a的容量:5
追加完毕，循环次数:2, 切片a此时的内存地址:0xc0000a8030, 切片a的容量:5
追加完毕，循环次数:3, 切片a此时的内存地址:0xc0000ac000, 切片a的容量:10
追加完毕，循环次数:4, 切片a此时的内存地址:0xc0000ac000, 切片a的容量:10
追加完毕，循环次数:5, 切片a此时的内存地址:0xc0000ac000, 切片a的容量:10
追加完毕，循环次数:6, 切片a此时的内存地址:0xc0000ac000, 切片a的容量:10
追加完毕，循环次数:7, 切片a此时的内存地址:0xc0000ac000, 切片a的容量:10
追加完毕，循环次数:8, 切片a此时的内存地址:0xc0000ae000, 切片a的容量:20
追加完毕，循环次数:9, 切片a此时的内存地址:0xc0000ae000, 切片a的容量:20
[1 10 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109]
切片a此时的内存地址：0xc0000ae000

我们在切片初始化的时候指定容量为5，由上面运行结果可以知道，在i循环到2后，切片本身的元素数量已经达到了5，也就是说，下一次再添加元素的时候就会发生扩容，然后底层指向的数组会改变。

所以，在循环到3点时候，a的容量由5变为10，此时内存地址也发生改变。每次扩容都是上一次的2倍大。

追加多个元素

append()函数会将元素添加到切片最后，并返回该切片，同时也支持追加多个元素。

下面代码示例：

func main() {
    a := make([]int, 2, 5)
    a = append(a, 1, 2, 3, 4, 5) //追加多个元素
    b := []int{6, 6, 6}          //我们再定义一个切片
    a = append(a, b...)          //追加切片
    fmt.Print(a)
}

输出如下：

[0 0 1 2 3 4 5 6 6 6]

由此我们可以看到，前两个元素0，0是切片a本身定义的元素，由于初始化没有赋值，所以默认是0，接着是1，2，3，4，5，最后三个6则是切片b追加到最后。

切片的扩容策略

可以通过查看$GOROOT/src/runtime/slice.go源码，其中有个函数叫做growslice

那么在这个函数中，源码上面就写了很多的注释，如下所示：

// growslice handles slice growth during append.

// It is passed the slice element type, the old slice, and the desired new minimum capacity,

// and it returns a new slice with at least that capacity, with the old data

// copied into it.

// The new slice‘s length is set to the old slice‘s length,

// NOT to the new requested capacity.

// This is for codegen convenience. The old slice‘s length is used immediately

// to calculate where to write new values during an append.

// TODO: When the old backend is gone, reconsider this decision.

// The SSA backend might prefer the new length or to return only ptr/cap and save stack space.

那它究竟是怎么扩容的呢？我们往下看：

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
            }
        }
    }

由代码我们可以得知，每次扩容时的条件是什么，并不是每次扩容都会扩大到2倍，如果旧切片长度小于1024，那最终容量就是old cap的两倍，否则就会增加原来的四分之一，直到newcap >= 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

切片是引用类型，所以如果我们定义了一个切片a，然后切片 b = a，那此时，a和b都是指向了同一块内存地址，修改a的时候也会修改b。

下面我们来看一段代码：

func main() {
    a := []int{1, 2, 3, 4}
    b := a
    fmt.Printf("a : %d, b: %d
", a, b)
    a[2] = 999
    fmt.Printf("a : %d, b: %d
", a, b)
}

a : [1 2 3 4], b: [1 2 3 4] 修改之后 a : [1 2 999 4], b: [1 2 999 4]

那如何避免这种情况发生呢？这时候我们就要用到go内置的copy()函数了。

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)

func main() {
    a := []int{1, 2, 3, 4}
    b := make([]int, 4, 4)
    fmt.Printf("修改之前 a : %d, b: %d
", a, b)
    copy(b, a)
    a[2] = 999
    fmt.Printf("修改之后 a : %d, b: %d
", a, b)
}

输出如下：

修改之前 a : [1 2 3 4], b: [0 0 0 0]

修改之后 a : [1 2 999 4], b: [1 2 3 4]

切片删除元素

go语言并没有删除切片元素的专有方法，但是可以通过索引来删除切片中的元素。

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1，2，3的元素
    a = append(a[:1], a[4:]...)
    fmt.Println(a) 
}

[30 34 35 36 37]

去掉最后一个元素：

slice1 = slice1[:len(slice1)-1]