Golang中的数组和切片了解多少呢？

Golang中的数组和切片了解多少呢？

1.Go切片和数组

go切片又称动态数组，实际上是基于数组类型做的一个封装。

Go数组

数组是内置(build-in)类型,是一组同类型数据的集合，它是值类型，通过从0开始的下标索引访问元素值。在初始化后长度是固定的，无法修改其长度。当作为方法的参数传入时将复制一份数组而不是引用同一指针。数组的长度也是其类型的一部分，通过内置函数len(array)获取其长度。

Go切片

Go语言中数组的长度是固定的，且不同长度的数组是不同类型，这样的限制带来不少局限性。

而切片则不同，切片（slice）是一个拥有相同类型元素的可变长序列，可以方便地进行扩容和传递，实际使用时比数组更加灵活，这也正是切片存在的意义。

切片是引用类型，因此在当传递切片时将引用同一指针，修改值将会影响其他的对象。

2.切片底层

Go切片(slice)的实现可以在源码包src/runtime/slice.go中找到。在源码中，slice的数据结构定义如下。

type slice struct {
	array unsafe.Pointer	//指向底层数组的指针
	len int					//切片长度
	cap int					//切片容量
}

可以看到构成切片的三元组分别是指向底层的指针，切片长度和切片容。

1.指向底层的数组

前面已经提到，切片实际是对数组的一层封装。这个指针便是记录其底层数组的地址，也正是切片开始的位置

2.切片长度

len表示切片的长度，即切片中现存有效元素的个数，它不能超过切片的容量。可以通过len()函数获取切片长度。

3.切片容量

cap表示切片的容量，即切片能存储元素的多少，通常是从切片的起始元素到底层数组的最后一个元素间的元素个数，当切片容量不足时，便会触发slice扩容。可以通过cap()函数获取切片容量。

下图展示了一个Go切片的底层数据结构，这个切片的长度为3，容量为6。

3.切片的使用

1.定义切片的方式

var a []int					//nil切片，和nil相等，一般用来表示一个不存在的切片
var b []int{}				//空切片，和nil不相等，一般用来表示一个空的集合
var c []int{1, 2, 3}		//有3个元素的切片，len和cap都为3
var d = c[:2]				//有2个元素的切片，len为2，cap为3
var e = c[:2:cap(c)]		//有2个元素的切片，len为2，cap为3
var f = c[:0]				//有0个元素的切片，len为0，cap为3
var g = make([]int, 3)		//创建一个切片，len和cap均为3
var h = make([]int, 3, 6)	//创建一个切片，len为3，cap为6
var i = make([]int, 0, 3)	//创建一个切片，len为0，cap为3 

2.从数组取切片

数组和切片是紧密相连的。切片可以用来访问数组的部分或全部元素，而这个数组称为切片的底层数组。切片的指针指向数组第一个可以从切片中访问的元素，这个元素并不一定是数组的第一个元素。

一个底层数组可以对应多个切片，这些切片可以引用数组的任何位置，彼此之前的元素可以重叠。

slice操作符 s[i:j] 创建了一个新的slice，这个新的slice引用了s中从i到j-1索引位置的所有元素。

如果表达式省略了i，那么默认是s[0:j]；如果省略了j，默认是s[i:len(s)]；

注意：切片与原数组或切片共享底层空间，修改切片会影响原数组或切片

3.迭代切片

切片可以用range迭代，但是要注意：如果只用一个值接收range，则得到的只是切片的下标，用两个值接收range，则得到的才是下标和对应的值。

//使用一个值接收range, 则得到的是切片的下标
for i := range months {
	fmt.Println(i)		//返回下标 0 1 ... 12
}
//使用两个值接收range，则得到的是下标和对应的值
for i, v := range months {
	fmt.Println(i, v) 	//返回下标0 1 ... 12 和 值 "" "January" ... "December"
}

4.切片拷贝

使用copy内置函数拷贝两个切片时，会将源切片的数据逐个拷贝到目的切片指向的数组中，拷贝数量取两个切片的最小值。

例如长度为10的切片拷贝到长度为5的切片时，将拷贝5个元素。也就是说，拷贝过程中不会发生扩容。

copy函数有返回值，它返回实际上复制的元素个数，这个值就是两个slice长度的较小值。

4.切片的扩容-append函数

追加元素

通过append()函数可以在切片的尾部追加N个元素

var a []int
a = append(a, 1)					// 追加一个元素
a = append(a, 1, 2, 3)				// 追加多个元素
a = append(a, []int{1, 2, 3}...)	// 追加一个切片，注意追加切片时后面要加...

通过append()函数在切片头部增加元素

a = append([]int{0}, a...)			// 在开头添加一个元素
a = append([]int{1, 2, 3}, a...)	// 在开头添加一个切片

注:从头部添加元素会引起内存的重分配，导致已有元素全部复制一次。因此从头部添加元素的开销要比从尾部添加元素大很多

通过append()函数链式操作从中间插入元素

a = append(a[:i], append([]int{x}, a[i:]...)...)		//在第i个位置上插入x
a = append(a[:i], append([]int{1, 2, 3}, a[i:]...)...)	//在第i个位置上插入切片

使用链式操作在插入元素，在内层append函数中会创建一个临式切片，然后将a[i:]内容复制到新创建的临式切片中，再将临式切片追加至a[:i]中。

删除元素

根据切片的性质，我们可以通过巧妙的拼接切片来达到删除指定数据的目的。

a = []int{1, 2, 3}
//删除尾部元素
a = a[:len(a) - 1]				//删除尾部一个元素
a = a[:len(a) - N]				//删除尾部N个元素
//删除头部元素
a = a[1:]						//删除开头1个元素
a = a[N:]						//删除开头N个元素
//删除中间元素
a = append(a[:i], a[i+1:]...)	//删除中间一个元素

切片扩容

很多人以为 slice 是可以自动扩充的, 估计都是 append 函数误导的。其实 slice 并不会自己自动扩充, 而是 append 数据时, 该函数如果发现超出了 cap 限制自动帮我们扩的。

使用append向slice追加元素时，如果slice空间不足，则会触发slice扩容，扩容实际上是分配一块更大的内存，将原slice的数据拷贝进新slice，然后返回新slice，扩容后再将数据追加进去。

例如，当向一个容量为5且长度也为5的切片再次追加1个元素时，就会发生扩容，如下图所示

扩容操作只关心容量，会把原slice的数据拷贝至新slice中，追加数据由append在扩容后完成。由上图可见，扩容后新slice的长度仍然是5，但容量由5提到了10，原slice的数据也都拷贝到了新的slice指向的数组中。

扩容容量的选择遵循以下基本规则

• 如果原slice的容量小于1024，则新slice的容量将扩大为原来的2倍；
• 如果原slice的容量大于1024，则新的slice的容量将扩大为原来的1.25倍；

切片陷阱

1.切片无法做比较

和数组不同的是，slice无法做比较，因此不能用==来测试两个slice是否拥有相同的元素。标准库里面提供了高度优化的函数bytes.Equal来比较两个字节slice。但是对于其它类型的slice，就必须要自己写函数来比较。

slice唯一允许的比较操作是和nil进行比较，例如

if slice == nil {/*...*/}

2.空切片和nil切片

空切片和nil切片是不同的。

• nil切片中，切片的指针指向的是空地址，其长度和容量都为零。nil切片和nil相等。
• 空切片，切片的指针指向了一个地址，但其长度和容量也为0，和nil不相等，通常用来表示一个空的集合。

 var s []int				// s == nil
 var s = nil				// s == nil
 var s = []int{nil}			// s == nil
 var s = []int{}		 	// s != nil
 s := make([]int,0)  		// s != nil

当使用range进行切片迭代时，range创建了每个元素的副本，而不是直接返回对该元素的引用。如果使用该值变量的地址作为每个元素的指针，就会造成错误。

	var a []int
	a = []int{1,2,3,4}
	for i, v := range a {
		fmt.Printf("addr: %p ,value : %v ,ele-addr: %X",&v,v,&a[i])
		fmt.Println()
	}
//out
addr: 0xc00000a098 ,value : 1 ,ele-addr: C000010220
addr: 0xc00000a098 ,value : 2 ,ele-addr: C000010228
addr: 0xc00000a098 ,value : 3 ,ele-addr: C000010230
addr: 0xc00000a098 ,value : 4 ,ele-addr: C000010238

从结果中可以看出，使用range进行迭代时，v的地址是始终不变的，它并不是切片中每个变量的实际地址。而是在使用range进行遍历时，将切片中每个元素都复制到了同一个变量v中。如果错误的将v的地址当作切边元素的地址，将会引发错误。

3.切片扩容引发的问题

正因为有扩容机制。所以我们无法保证原始的slice和用append后的结果slice指向同一个底层数组，也无法证明它们就指向不同的底层数组。同样，我们也无法假设旧slice上对元素的操作会或者不会影响新的slice元素。所以，通常我们将append的调用结果再次赋给传入append的slice。

内置append函数在向切片追加元素时，如果切片存储容量不足以存储新元素，则会把当前切片扩容并产生一个新的切片。

append函数每次追加元素都有可能触发切片扩容，即有可能返回一个新的切片，这正是append函数声明中返回值为切片的原因，使用时应该总是接收该返回值。

建议

使用append函数时，谨记append可能会产生新的切片，并谨慎的处理返回值。

4.append函数误用

使用append函数时，需要考虑append返回的切片是否跟原切片共享底层的数组。下面这段程序片段，来看看函数返回的结果。

func AppendDemo() {
	x := make([]int, 0, 10)
	x = append(x, 1, 2, 3)
	y := append(x, 4)
	z := append(x, 5)
	fmt.Println(x)
	fmt.Println(y)
	fmt.Println(z)
}

//output
[1 2 3]
[1 2 3 5]
[1 2 3 5]

题目首先创建了一个长度为0，容量为10的切片x，然后向切片x追加了1，2，3三个元素。其底层的数组结构如下图所示

创建切片y为切片x追加一个元素4后，底层数组结构如下图所示

需要注意的是切片x仍然没有变化，切片x中记录的长度仍为3。继续向x追加元素5后，底层数组结构如下图所示

至此，答案已经非常明确了。当向x继续追加元素5后，切片y的最后一个元素被覆盖掉了。

此时切片x仍然为[1 2 3]，而切片y和z则为[1 2 3 5]。

建议

一般情况下，使用append函数追加新的元素时，都会用原切片变量接收返回值来获得更新

a = append(a, elems...)

5.函数传参

Go语言中将切片作为函数参数传递会有什么神奇的现象，一起来看看下面这个示例。

package main

import "fmt"

func main(){
    a := []int{1, 2, 3}   			//长度为3，容量为3
    b := make([]int, 1, 10)     	//长度为1，容量为10
    test(a,b)				
   	fmt.Println("main a =", a)
    fmt.Println("main b =", b)		
}

func test(a,b []int){
    a = append(a, 4)				//引发扩容，此时返回的a是一个新的切片
    b = append(b, 2)				//没有引发扩容，仍然是原切片
    a[0] = 3						//改变a切片元素
    b[0] = 3						//改变b切片元素
    fmt.Println("test a =", a)		//打印函数内的a切片
    fmt.Println("test b =", b)		//打印函数内的b切片
}

//output
test a = [3 2 3 4]
test b = [3 2]
main a = [1 2 3]
main b = [3]

首先，我们创建了两个切片，a切片长度和容量均为3，b切片长度为1，容量为10。将a切片和b切片作为函数参数传入test函数中。

在test函数中，对a切片和b切片做了如下两点改动

1. 分别使用append函数在a切片和b切片中追加一个元素
2. 分别对a切片和b切片的第一个元素做了修改

分别在主函数中和test函数中输出两个切片，会发现在主函数中和test函数中两个切片好像改了，又好像没改，下面我们就来分析一下。

理论分析

当我们将一个切片作为函数参数传递给函数的时候，采用的是值传递，因此我们传递给函数的参数其实是上面这个切片三元组的值拷贝。当我们对切片结构中的指针进行值拷贝的时候，得到的指针还是指向了同一个底层数组。因此我们通过指针对底层数组的值进行修改，从而修改了切片的值。

但是，当我们以值传递的方式传递上面的结构体的时候，同时也是传递了len和cap的值拷贝，因为这两个成员并不是指针，因此，当我们从函数返回的时候，外层切片结构体的len和cap这两个成员并没有改变。

所以当我们传递切片给函数的时候，并且在被调函数中通过append操作向切片中增加了值，但是当函数返回的时候，我们看到的切片的值还是没有发生变化，其实底层数组的值是已经改变了的（如果没有触发扩容的话），但是由于长度len没有发生改变，所以我们看到的切片的值也没有发生改变。

题目分析

有了前面的理论基础，我们再来分析一下a，b切片的返回结果。

1. a切片作为参数传至test函数中，在test中向a切片追加一个元素后，此时触发扩容机制，返回的切片已经不再是原切片，而是一个新的切片。后续对a切片中的第一个元素进行修改也是对新切片进行修改，对老切片不会产生任何影响。

   所以，最终在主函数中a切片仍然为[1 2 3]，而在test函数中a切片变成了[3 2 3 4]。

2. b切片作为参数传至test函数中，在test中向b切片追加一个元素后，不会触发扩容机制，返回的仍然是原切片，所以在后续对b切片的修改都是在原切片中进行的修改。故在test函数中b切片为[3 2]。但是在主函数中确为[3]，可以看出在test中对切片进行修改确实反应到主函数中了，但是由于其len和cap没有改变，len仍为1，所以最终就只输出切片中的第一个元素[3]，但其底层数组的值其实已经改变了。

本文摘自 golangroadmap题库中题号为1的"栾龙生"的回答

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