Go语言基础之切片
Dabric 人气:01 切片介绍
Golang提供数组这种存储相同类型数据的数据结构，由于在现实生活中一件事物的个数不是固定，比如说一个班级的学生人数等，然而数组的长度是固定，因此在Golang中很少直接使用数组。和数组相对应的类型是切片slice，其代表变长的序列，序列中每个元素都是相同的类型。
1.1 切片的内部实现
如图1所示，可以看出切片的底层还是数组。slice从底层来说，其实就是一个数据结构（struct结构体），切片有3个字段的数据结构，这三个字段分别是指向底层数组的指针、切片访问的元素的个数（即长度）和切片允许增长到的元素个数（即容量）。
图1 切片在内存中的形式
2 切片的使用
2.1 基于数组定义切片
定义一个切片，然后让切片去引用一个已经创建好的数组，如下案例：
1 func main() {
2 // 方式1：基于数组定义切片，定义一个切片，然后让切片去引用已经创建好的数组
3 var arr = [...]int{1, 2, 3, 4, 5}
4 var slice = arr[1:3] //左包含右不包含
5 fmt.Printf("slice的类型%T\n", slice) //slice的类型[]int
6 fmt.Println("slice=", slice) //slice= [2 3]
7 fmt.Println("slice len =", len(slice)) //slice len = 2
8 fmt.Println("slice cap =", cap(slice)) //slice cap = 4
9 }
2.2 使用make()函数创建切片
基本语法： var 切片名 []type = make([]type, len, [cap])
参数说明： type 就是数据类型； len 大小； cap 指定切片容量，可选，如果分配了 cap ，则要求 cap >= len 。
1 func main() {
2 // 方式2：使用make函数创建切片
3 var slice []float64 = make([]float64, 5, 10)
4 slice[1] = 10
5 slice[2] = 20
6 // 对于切片，必须make使用
7 fmt.Println(slice) //[0 10 20 0 0]
8 fmt.Println("slice len =", len(slice)) //slice len = 5
9 fmt.Println("slice cap =", cap(slice)) //slice cap = 10
10 }
- 通过make方式创建切片可以指定切片的大小和容量
- 如果没有给切片的各个元素赋值，那么就会使用默认值
- 通过make方式创建的切片对应的数组是由make底层维护，对外不可见，即只能通过slice去访问各个元素
2.3 直接定义并赋值
定义一个切片，直接就指定具体数组，使用原理类似make的方式
1 func main() {
2 // 方式3：定义一个切片，直接就指定具体数组
3 var slice []string = []string{"tom", "jerry", "mary"}
4 fmt.Println(slice) //[tom jerry mary]
5 fmt.Println("slice len =", len(slice)) //slice len = 3
6 fmt.Println("slice cap =", cap(slice)) //slice cap = 3
7 }
方式一和方式二的区别：
- 方式1是直接引用数组，这个数组是事先存在的，程序员是可见的
- 方式2是通过make来创建切片，make也会创建一个数组，是由切片在底层进行维护，程序员不可见
2.4 切片再切片
除了基于数组和make函数得到切片，我们还可以通过切片来得到切片。
1 func main() {
2 // 切片再切片
3 // 不仅可以基于数组和make函数来创建切片，也可以通过切片创建切片
4
5 cityArray := [...]string{"北京", "上海", "广州", "深圳", "成都", "重庆"}
6 fmt.Printf("cityArray:%v type:%T len:%d cap:%d\n", cityArray, cityArray, len(cityArray), cap(cityArray))
7 citySlice := cityArray[1:3]
8 fmt.Printf("citySlice:%v type:%T len:%d cap:%d\n", citySlice, citySlice, len(citySlice), cap(citySlice))
9 newCitySlice := citySlice[1:5]
10 fmt.Printf("newCitySlice:%v type:%T len:%d cap:%d\n", newCitySlice, newCitySlice, len(newCitySlice), cap(newCitySlice))
11 }
输出：
1 cityArray:[北京 上海 广州 深圳 成都 重庆] type:[6]string len:6 cap:6 2 citySlice:[上海 广州] type:[]string len:2 cap:5 3 newCitySlice:[广州 深圳 成都 重庆] type:[]string len:4 cap:4
切片初始化时，仍然不能越界。范围在[0-len(arr)]之间，但可以动态增长。
- var slice = arr[0:end] 可以简写 var slice = arr[:end]
- var slice = arr[:end] 可以简写 var slice = arr[:end]
- var slice = arr[0:len(arr)] 可以简写 var slice = arr[:]
3 切片的遍历
切片的遍历和数组一样，也有两种方式： for 循环常规方式遍历； for-range 结构遍历切片。
1 func main() {
2 s := []int{1, 3, 5}
3
4 for i := 0; i < len(s); i++ {
5 fmt.Println(i, s[i])
6 }
7
8 for index, value := range s {
9 fmt.Println(index, value)
10 }
11 }
4 appned()方法为切片添加元素
Go语言的内建函数 appen() 可以为切片动态添加元素，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 appen() 函数调用时，所以通常都需要用原变量接收 append() 函数的返回值。
1 func main() {
2 //append()添加元素和切片扩容
3 var numSlice []int
4 for i := 0; i < 10; i++ {
5 numSlice = append(numSlice, i)
6 fmt.Printf("%v len:%d cap:%d ptr:%p\n", numSlice, len(numSlice), cap(numSlice), numSlice)
7 }
8 }
输出：
1 [0] len:1 cap:1 ptr:0xc0000a8000 2 [0 1] len:2 cap:2 ptr:0xc0000a8040 3 [0 1 2] len:3 cap:4 ptr:0xc0000b2020 4 [0 1 2 3] len:4 cap:4 ptr:0xc0000b2020 5 [0 1 2 3 4] len:5 cap:8 ptr:0xc0000b6000 6 [0 1 2 3 4 5] len:6 cap:8 ptr:0xc0000b6000 7 [0 1 2 3 4 5 6] len:7 cap:8 ptr:0xc0000b6000 8 [0 1 2 3 4 5 6 7] len:8 cap:8 ptr:0xc0000b6000 9 [0 1 2 3 4 5 6 7 8] len:9 cap:16 ptr:0xc0000b8000 10 [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：
- append() 函数将元素追加到切片的最后并返回该切片；
- 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；
- 切片在动态增加元素时，如果有一次增加的元素超过切片的容量，go底层会抛弃原先的数组，创建一个新的数组newArr，将slice原来包含的元素拷贝到新的数组newArr，slice重新引用到newArr；注意newArr是在底层来维护的，程序员不可见。
4.1 一次追加多个元素
append()函数还支持一次性追加多个元素：
1 var citySlice []string
2 // 追加一个元素
3 citySlice = append(citySlice, "北京")
4 // 追加多个元素
5 citySlice = append(citySlice, "上海", "广州", "深圳")
6 // 追加切片
7 a := []string{"成都", "重庆"}
8 citySlice = append(citySlice, a...) //...代表的含义是将切片a展开，将其中的元素一一添加到citySlice中
9 fmt.Println(citySlice) //[北京 上海 广州 深圳 成都 重庆]
4.2 删除切片中的元素
由于切片没有特定的方法删除切片中的元素，于是使用 append() 函数结合切片本身的特性实现切片中元素的删除。例如：
1 func main() {
2 // 从切片中删除元素
3 a := []int{30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37}
4 // 要删除索引为2的元素
5 a = append(a[:2], a[3:]...)
6 fmt.Println(a) //[30 31 33 34 35 36 37]
7 }
要从切片 slice 中删除索引为 index 的元素，操作方式是 slice = append(slice[:index], slice[index+1:]...)
5 切片的扩容原则
可以通过查看 $GOROOT/src/runtime/slice.go 源码，其中扩容相关代码如下：
1 newcap := old.cap
2 doublecap := newcap + newcap
3 if cap > doublecap {
4 newcap = cap
5 } else {
6 if old.len < 1024 {
7 newcap = doublecap
8 } else {
9 // Check 0 < newcap to detect overflow
10 // and prevent an infinite loop.
11 for 0 < newcap && newcap < cap {
12 newcap += newcap / 4
13 }
14 // Set newcap to the requested cap when
15 // the newcap calculation overflowed.
16 if newcap <= 0 {
17 newcap = cap
18 }
19 }
20 }
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出不同的处理，比如 int 和 string 类型的处理方式就不一样。
6 切片的拷贝操作
切片是引用类型，在赋值拷贝和使用 copy() 函数拷贝时要注意二者的区别。
6.1 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。
1 func main() {
2 s1 := make([]int, 3) //[0 0 0]
3 s2 := s1 //将s1直接赋值给s2，s1和s2共用一个底层数组
4 s2[0] = 100
5 fmt.Println(s1) //[100 0 0]
6 fmt.Println(s2) //[100 0 0]
7 }
切片在函数之间传参时，也遵守引用传递机制，如果在函数中修改切片中的内容，那么也会改变实参。
1 func test(slice []int){
2 slice[0] = 100
3 }
4
5 func main(){
6 var slice = []int{1, 2, 3, 4, 5}
7 fmt.Println("slice =", slice) // slice = [1 2 3 4 5]
8 test(slice)
9 fmt.Println("slice =", slice) // slice = [100 2 3 4 5]
10 }
6.2 使用copy()函数复制切片
切片使用copy内置函数完成拷贝，举例说明：
1 func main() {
2 // 切片的拷贝操作
3 var slice1 []int = []int{1, 2, 3, 4, 5}
4 var slice2 = make([]int, 10)
5 copy(slice2, slice1) //将slice1复制到slice2
6 fmt.Println("slice1=", slice1) // slice1= [1 2 3 4 5]
7 fmt.Println("slice2=", slice2) // slice2= [1 2 3 4 5 0 0 0 0 0]
8 }
对上面代码的说明：
- copy(para1, para2)参数的数据类型是切片；
- 按照上面的代码，slice1和slice2的数据空间是独立的，相互不影响，也就是说 slice1[0]=999 ， slice2[0] 仍然是1；
注意：如果在拷贝时，目标切片的容量小于源切片的容量，此时目标的容量有多少就存多少源切片的内容：
1 func main() {
2 var a []int = []int{1, 2, 3, 4, 5}
3 var slice = make([]int, 1)
4 fmt.Println(slice) // [0]
5 copy(slice, a)
6 fmt.Println(slice) //[1]
7 }
7 string和slice
- string底层是一个byte数组，因此string也可以进程切片处理，案例演示：
1 func main() {
2 str := "abc"
3 slice := str[1:3]
4 fmt.Printf("%T\n", slice) // string
5 fmt.Println("slice =", slice) // slice = bc
6 fmt.Println(len(slice)) // 2
7 }
- string和切片在内存的形式，以上面代码为例画出内存示意图
- string是不可变得，也就是说不能通过 str[0] = 'z' 方式来修改字符串
- 如果需要修改字符串，可以先将 string -> []byte 或者 []byte -> 修改 -> 重新转成 string ，代码如下：
1 func main() {
2 str1 := "hello world"
3 arr1 := []byte(str1)
4 arr1[0] = 'z'
5 str1 = string(arr1)
6 fmt.Println("str1=", str1)
7 /*
8 细节，我们转成[]byte后，可以处理英文和数字，但是不能处理中文，
9 原因是 []byte 按字节来处理，而一个汉字是3个字节，因此就会出现乱码
10 解决方法是将string转成[]rune即可，因为[]rune是按字符处理，兼容汉字
11 */
12 str2 := "Hello Golang"
13 arr2 := []rune(str2)
14 arr2[0] = '北'
15 str2 = string(arr2)
16 fmt.Println("str2=", str2)
17 }
8 练习题
- 请写出下面代码的输出结果：
1 func main() {
2 var a = make([]string, 5, 10)
3 for i := 0; i < 10; i++ {
4 a = append(a, fmt.Sprintf("%v", i))
5 }
6 fmt.Println(a)
7 }
- 请使用内置的 sort 包对数组 var a = [...]int{3, 7, 8, 9, 1} 进行排序
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