Go语言基础之切片

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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

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,

  • name: 表示变量名
  • T: 表示切片中的元素类型

举个例子:

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
}

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。

切片表达式

切片表达式从字符串、数组、指向数组或切片的指针构造子字符串或切片。它有两种变体:一种指定 low 和 high 两个索引界限值的简单的形式,另一种是除了 low 和 high 索引界限值外还指定容量的完整的形式。

简单切片表达式

切片的底层就是一个数组,所以我们可以基于数组通过切片表达式得到切片。切片表达式中的 low 和 high 表示一个索引范围(左包含,右不包含),也就是下面代码中从数组 a 中选出 1 <= 索引值 <4 的元素组成切片 s,得到的切片长度 =high-low,容量等于得到的切片的底层数组的容量。

func main() {
        a := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
        s := a[1:3]  // s := a[low:high]
        fmt.Printf(“s:%v len(s):%v cap(s):%v\n”, s, len(s), cap(s))
}

输出:

s:[2 3] len(s):2 cap(s):4

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:

a[2:]  // 等同于 a[2:len(a)]
a[:3]  // 等同于 a[0:3]
a[:]   // 等同于 a[0:len(a)]

注意:

对于数组或字符串,如果 0 <= low <= high <= len(a),则索引合法,否则就会索引越界(out of range)。

对切片再执行切片表达式时(切片再切片),high 的上限边界是切片的容量 cap(a),而不是长度。常量索引 必须是非负的,并且可以用 int 类型的值表示; 对于数组或常量字符串,常量索引也必须在有效范围内。如果 low 和 high 两个指标都是常数,它们必须满足 low <= high。如果索引在运行时超出范围,就会发生运行时 panic。

func main() {
        a := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
        s := a[1:3]  // s := a[low:high]
        fmt.Printf(“s:%v len(s):%v cap(s):%v\n”, s, len(s), cap(s))
        s2 := s[3:4]  // 索引的上限是 cap(s)而不是 len(s)
        fmt.Printf(“s2:%v len(s2):%v cap(s2):%v\n”, s2, len(s2), cap(s2))
}

输出:

s:[2 3] len(s):2 cap(s):4
s2:[5] len(s2):1 cap(s2):1

完整切片表达式

对于数组,指向数组的指针,或切片 a(注意不能是字符串 ) 支持完整切片表达式:

a[low : high : max]

上面的代码会构造与简单切片表达式 a[low: high]相同类型、相同长度和元素的切片。另外,它会将得到的结果切片的容量设置为 max-low。在完整切片表达式中只有第一个索引值(low)可以省略;它默认为 0。

func main() {
        a := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
        t := a[1:3:5]
        fmt.Printf(“t:%v len(t):%v cap(t):%v\n”, t, len(t), cap(t))
}

输出结果:

t:[2 3] len(t):2 cap(t):4

完整切片表达式需要满足的条件是 0 <= low <= high <= max <= cap(a),其他条件和简单切片表达式相同。

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 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。

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。

Go 语言基础之切片

切片 s2 := a[3:6],相应示意图如下:

Go 语言基础之切片

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 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]
}

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 main() {
        s := []int{1, 3, 5}

for i := 0; i < len(s); i++ {
                fmt.Println(i, s[i])
        }

for index, value := range s {
                fmt.Println(index, value)
        }
}

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 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]
}

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]
}

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:

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:]…)

练习题

1. 请写出下面代码的输出结果。

func main() {
        var a = make([]string, 5, 10)
        for i := 0; i < 10; i++ {
                a = append(a, fmt.Sprintf(“%v”, i))
        }
        fmt.Println(a)
}

2. 请使用内置的 sort 包对数组 var a = […]int{3, 7, 8, 9, 1}进行排序(附加题,自行查资料解答)。

正文完
 
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