7、线性数据结构-切片

切片slice

• 容器容量可变，所以长度不能定死
• 长度可变，元素个数可变
• 底层必须依赖数组，可以理解它依赖于顺序表，表现也像个可变容量和长度顺序表
• 引用类型，和值类型有区别

定义切片

var s1 []int //长度、容量为0的切片，零值
var s2 = []int{}	//长度、容量为0的切片，字面量定义
var s3 = []int{1,3,5}	//字面量定义，长度、容量都是3
var s4 = make([]int,0)	//长度、容量都为0的切片，make([]T,length)
var s5 = make([]int,3,5) //长度为3，容量为5，底层数组长度为5，元素长度为3，所以显示[0,0,0]

使用切片要关注容量cap和长度len两个属性

内存模型

切片本质是对底层数组一个连续片段的引用。此片段可以是整个底层数组，也可以是由起始和终止索引标识的一些项的子集。

因为下面是底层数组，所以数组的容量是不可以改变的。元素内容能变的。

理解：切片保存的就是标头值，该值包括，指向的实际存储的地址，实际长度和容量的长度

由上图可知，pointer的实际地址和底层数组的地址是不同的

// https://github.com/golang/go/blob/master/src/runtime/slice.go
// slice header 或 descriptor
type slice struct {
  array unsafe.Pointer    指向底层数组的指针
  len int				切片访问的元素的个数（即长度）
  cap int				切片允许增长到的元素个数（即容量）
}
注意上面三个结构体的属性都是小写，所以包外不可见。len函数取就是len属性，cap函数取cap属性。

func main() {
	var s1 = make([]int, 3, 5)
	fmt.Printf("s1 %p %p %d", &s1, &s1[0], s1)

}
s1 0xc000008078 0xc00000e450 [0 0 0]

分析结果：&s1指的是标头值的地址  表示切片的地址，header这个结构体的地址
		&s1[0] 指的是实际存储的起始元素的地址， 第一个元素的地址，由于第一个元素存在底层数组中，数组的第一个元素地址就是数组的地址
		指针可以通过取底层数组的第一个元素的地址，即切片第一个元素的地址

追加

append：在切片的尾部追加元素，长度加1。
增加元素后，有可能超过当前容量，导致切片扩容。

切片扩容就是底层数组会出现起始一段地址

长度和容量

func main() {
	s1 := []int{100}
	fmt.Printf("s1 %p %p,%d,%d,%v\n", &s1, &s1[0], len(s1), cap(s1), s1)
	s1 = make([]int, 2, 5)
	fmt.Printf("s1 %p %p,%d,%d,%v\n", &s1, &s1[0], len(s1), cap(s1), s1)
}

s1 0xc000008078 0xc00001a098,1,1,[100]
s1 0xc000008078 0xc0000103f0,2,5,[0 0]

结论：s1被重新复制了，但是S1的地址没有变化，底层数组的地址发生了变化

追加
func main() {
	s1 := make([]int, 2, 5)   //定义了一个长度为2，容量为5的切片，
	fmt.Printf("s1 %p %p,%d,%d,%v\n", &s1, &s1[0], len(s1), cap(s1), s1)
	s1 = append(s1, 200)	// append返回新的header信息，覆盖
	fmt.Printf("s1 %p %p,%d,%d,%v\n", &s1, &s1[0], len(s1), cap(s1), s1)
}

s1 0xc000008078 0xc0000103f0,2,5,[0 0]
s1 0xc000008078 0xc0000103f0,3,5,[0 0 200]
结论： s1的地址和底层数组的地址都没有发生变化，这是因为没有超过容量，底层共用同一个数组，但是，对底层数组使用的片段不一样。

func main() {
	s1 := make([]int, 2, 5)
	fmt.Printf("s1 %p %p,%d,%d,%v\n", &s1, &s1[0], len(s1), cap(s1), s1)
	s1 = append(s1, 200)
	fmt.Printf("s1 %p %p,%d,%d,%v\n", &s1, &s1[0], len(s1), cap(s1), s1)
	s2 := append(s1, 1, 2)	// append返回新的header信息，使用新的变量存储
	fmt.Printf("s2 %p %p,%d,%d,%v\n", &s2, &s2[0], len(s2), cap(s2), s2)
}
s1 0xc000008078 0xc0000103f0,2,5,[0 0]
s1 0xc000008078 0xc0000103f0,3,5,[0 0 200]
s2 0xc0000080c0 0xc0000103f0,5,5,[0 0 200 1 2]
结论：我们发现有新的header值，因为切片的重新赋值，所以s2有新的地址，但是s2指向的底层数组还是一样的，因为容量还没有超出。

func main() {
	s1 := make([]int, 2, 5)
	fmt.Printf("s1 %p %p,%d,%d,%v\n", &s1, &s1[0], len(s1), cap(s1), s1)
	s2 := append(s1, 1, 2)
	fmt.Printf("s2 %p %p,%d,%d,%v\n", &s2, &s2[0], len(s2), cap(s2), s2)
	s3 := append(s1, -1)
	fmt.Printf("s3 %p %p, %d,%d,%v\n", &s3, &s3[0], len(s3), cap(s3),s3)
}
s1 0xc000008078 0xc0000103f0,2,5,[0 0]
s2 0xc0000080a8 0xc0000103f0,4,5,[0 0 1 2]
s3 0xc0000080d8 0xc0000103f0, 3,5,[0 0 -1]

结论：目前三个切片底层用同一个数组，只不过长度不一样

func main() {
	s1 := make([]int, 2, 5)
	fmt.Printf("s1 %p %p,%d,%d,%v\n", &s1, &s1[0], len(s1), cap(s1), s1)
	s2 := append(s1, 1, 2)
	fmt.Printf("s2 %p %p,%d,%d,%v\n", &s2, &s2[0], len(s2), cap(s2), s2)
	s3 := append(s1, -1)
	fmt.Printf("s3 %p, %p, %d,%d,%v\n", &s3, &s3[0], len(s3), cap(s3), s3)
	s4 := append(s3, 3, 4, 5, 6)
	fmt.Printf("s4 %p, %p, %d,%d,%v\n", &s4, &s4[0], len(s4), cap(s4), s4)

}
s1 0xc000008078 0xc0000103f0,2,5,[0 0]
s2 0xc0000080a8 0xc0000103f0,4,5,[0 0 1 2]
s3 0xc0000080d8, 0xc0000103f0, 3,5,[0 0 -1]
s4 0xc000008108, 0xc0000142d0, 7,10,[0 0 -1 3 4 5 6]

结论：底层数组变了，容量也增加了 ，底层数组的起始地址也发生了变化，相当于重新在内存中开辟了一块地址，并且容量变成了之前的2倍

结论：

• append一定返回一个新的切片，但本质上来说返回的是新的Header
• append可以增加若干元素
  • 如果增加元素时，当前长度 + 新增个数 <= cap则不扩容
    • 原切片使用原来的底层数组，返回的新切片也使用这个底层数组
    • 返回的新切片有新的长度
    • 原切片长度不变
  • 如果增加元素时，当前长度 + 新增个数 > cap则需要扩容
    • 生成新的底层数组，新生成的切片使用该新数组，将旧元素复制到新数组，其后追加新元素
    • 原切片底层数组、长度、容量不变

扩容策略

​ （老版本）实际上，当扩容后的cap<1024时，扩容翻倍，容量变成之前的2倍；当cap>=1024时，变成
之前的1.25倍。
​ （新版本1.18+）阈值变成了256，当扩容后的cap<256时，扩容翻倍，容量变成之前的2倍；当
cap>=256时， newcap += (newcap + 3*threshold) / 4 计算后就是 newcap = newcap +newcap/4 + 192 ，即1.25倍后再加192。
​ 扩容是创建新的底层数组，把原内存数据拷贝到新内存空间，然后在新内存空间上执行元素追加操作。
​ 切片频繁扩容成本非常高，所以尽量早估算出使用的大小，一次性给够，建议使用make。常用make([]int, 0, 100) 。

子切片

选取当前切片的一段等到一个新的切片，共用底层数据（因为不扩容），但是header中的三个属性会变，切片可以通过指定索引区间获得一个子切片，格式为slice[start:end]，规则就是前包后不包。

package main

import "fmt"

func main() {
	s1 := []int{10, 30, 50, 70, 90}
	for i := 0; i < len(s1); i++ {
		fmt.Printf("%d : addr = %p\n", i, &s1[i])
	}
}
0 : addr = 0xc00013a060
1 : addr = 0xc00013a068
2 : addr = 0xc00013a070
3 : addr = 0xc00013a078
4 : addr = 0xc00013a080

func main() {
	s1 := []int{10, 30, 50, 70, 90}
	fmt.Printf("s1 %p,%p,%d,%d,%v\n", &s1, &s1[0], len(s1), cap(s1), s1)
	s2 := s1	//共用一个底层数组
	fmt.Printf("s2 %p,%p,%d,%d,%v\n", &s2, &s2[0], len(s2), cap(s2), s2)

}
s1 0xc000008078,0xc0000103f0,5,5,[10 30 50 70 90]
s2 0xc0000080a8,0xc0000103f0,5,5,[10 30 50 70 90]

结论：s2复制s1的标头值，但是s2也被重新赋值了

func main() {
	s1 := []int{10, 30, 50, 70, 90}
	fmt.Printf("s1 %p,%p,%d,%d,%v\n", &s1, &s1[0], len(s1), cap(s1), s1)
	s2 := s1
	fmt.Printf("s2 %p,%p,%d,%d,%v\n", &s2, &s2[0], len(s2), cap(s2), s2)
	s3 := s1[:]
	fmt.Printf("s3 %p,%p,%d,%d,%v\n", &s3, &s3[0], len(s3), cap(s3), s3)
}
s1 0xc000008078,0xc0000103f0,5,5,[10 30 50 70 90]
s2 0xc0000080a8,0xc0000103f0,5,5,[10 30 50 70 90]
s3 0xc0000080d8,0xc0000103f0,5,5,[10 30 50 70 90]
结论：s3 := s1[:] 这个代表的就是从头到尾的元素都要，和s1共用一个底层数组

func main() {
	s1 := []int{10, 30, 50, 70, 90}
	fmt.Printf("s1 %p,%p,%d,%d,%v\n", &s1, &s1[0], len(s1), cap(s1), s1)
	s4 := s1[1:]
	fmt.Printf("s4 %p,%p,%d,%d,%v\n", &s4, &s4[0], len(s4), cap(s4), s4)
}
s1 0xc000008078,0xc0000103f0,5,5,[10 30 50 70 90]
s4 0xc0000080a8,0xc0000103f8,4,4,[30 50 70 90]

结论： s4 := s1[1:] 掐头，从1开始容量长度都发生变化 首地址偏移了一位，因此长度len=end-start=4 cap=原cap-start=4

func main() {
	s1 := []int{10, 30, 50, 70, 90}
	fmt.Printf("s1 %p,%p,%d,%d,%v\n", &s1, &s1[0], len(s1), cap(s1), s1)
	s5 := s1[1:4]
	fmt.Printf("s5 %p,%p,%d,%d,%v\n", &s5, &s5[0], len(s5), cap(s5), s5)
}
s1 0xc000092060,0xc0000be060,5,5,[10 30 50 70 90]
s5 0xc000092090,0xc0000be068,3,4,[30 50 70]
结论：
	s5 := s1[1:4]  掐头去尾，但是前包后不包 就是1的位置的元素包含在里，4的位置的元素不在
len=end-start=3  cap=start的这个位置到容器的最大位置=4

func main() {
	s1 := []int{10, 30, 50, 70, 90}
	fmt.Printf("s1 %p,%p,%d,%d,%v\n", &s1, &s1[0], len(s1), cap(s1), s1)
	s6 := s1[:4]
	fmt.Printf("s6 %p,%p,%d,%d,%v\n", &s6, &s6[0], len(s6), cap(s6), s6)
}
s1 0xc000008078,0xc0000103f0,5,5,[10 30 50 70 90]
s6 0xc0000080a8,0xc0000103f0,4,5,[10 30 50 70]
结论：
	s6 := s1[:4]  去尾，后不包 len=4-0=4 容量=第一个位置到最大的容量值=5 cap=原cap-start 首地址还不变

func main() {
	s1 := []int{10, 30, 50, 70, 90}
	fmt.Printf("s1 %p,%p,%d,%d,%v\n", &s1, &s1[0], len(s1), cap(s1), s1)
	s7 := s1[1:1]
	fmt.Printf("s7 %p,%d,%d,%v\n", &s7, len(s7), cap(s7), s7)
}
s1 0xc000008078,0xc0000103f0,5,5,[10 30 50 70 90]
s7 0xc0000080a8,0,4,[]

结论：
	 首地址偏移1个元素，长度为0，cap=原cap-start 容量为4，共用底层数组  由于长度为0，所以不能s7[0]报错

为s7增加一个元素，s1、s7分别是什么？

func main() {
	s1 := []int{10, 30, 50, 70, 90}
	fmt.Printf("s1 %p,%p,%d,%d,%v\n", &s1, &s1[0], len(s1), cap(s1), s1)
	s7 := s1[1:1]
	s7 = append(s7, 100)
	fmt.Printf("s7 %p,%p,%d,%d,%v\n", &s7, &s7[0], len(s7), cap(s7), s7)
	fmt.Printf("s1 %p,%p,%d,%d,%v\n", &s1, &s1[0], len(s1), cap(s1), s1)

}
s1 0xc000008078,0xc0000103f0,5,5,[10 30 50 70 90]
s7 0xc0000080a8,0xc0000103f8,1,4,[100]
s1 0xc000008078,0xc0000103f0,5,5,[10 100 50 70 90]
结论：
	s7操作的也是在底层数组中，所以s7在1新增了100 底层数组s1的1位置30修改为了100 

func main() {
	s1 := []int{10, 30, 50, 70, 90}
	fmt.Printf("s1 %p,%p,%d,%d,%v\n", &s1, &s1[0], len(s1), cap(s1), s1)
	s8 := s1[4:4]
	fmt.Printf("s8 %p,%d,%d,%v\n", &s8, len(s8), cap(s8), s8)

}
s1 0xc000008078,0xc0000103f0,5,5,[10 30 50 70 90]
s8 0xc0000080a8,0,1,[]
// 首地址偏移4个元素，长度为0，容量为1，因为最后一个元素没在切片中，共用底层数组

func main() {
	s1 := []int{10, 30, 50, 70, 90}
	fmt.Printf("s1 %p,%p,%d,%d,%v\n", &s1, &s1[0], len(s1), cap(s1), s1)
	s9 := s1[5:5]
	fmt.Printf("s9 %p,%d,%d,%v\n", &s9, len(s9), cap(s9), s9)
}
s1 0xc000008078,0xc0000103f0,5,5,[10 30 50 70 90]
s9 0xc0000080a8,0,0,[]

增加元素会怎么样？s1、s9分别是什么？

func main() {
	s1 := []int{10, 30, 50, 70, 90}
	fmt.Printf("s1 %p,%p,%d,%d,%v\n", &s1, &s1[0], len(s1), cap(s1), s1)
	s9 := s1[5:5]
	fmt.Printf("s9 %p,%d,%d,%v\n", &s9, len(s9), cap(s9), s9)
	s9 = append(s9, 100)
	fmt.Printf("s9 %p,%p,%d,%d,%v\n", &s9, &s9[0], len(s9), cap(s9), s9)
}
s1 0xc000008078,0xc0000103f0,5,5,[10 30 50 70 90]
s9 0xc0000080a8,0,0,[]
s9 0xc0000080a8,0xc00001a0e8,1,1,[100]

切片总结：

• 使用slice[start:end]表示切片，切片长度为end-start，前包后不包
• start缺省，表示从索引0开始
• end缺省，表示取到末尾，包含最后一个元素，特别注意这个缺省值是len(slice)即切片长度，不是容量
  • a1[5:]相当于a1[5:len(a1)]
• start和end都缺省，表示从头到尾
• start和end同时给出，要求end >= start
  • start、end最大都不可以超过容量值
  • 假设当前容量是8，长度为5，有以下情况
    • a1[:]，可以，共用底层数组，相当于对标头值的拷贝，也就是指针、长度、容量都一样
    • a1[:8]，可以，end最多写成8(因为后不包)，a1[:9]不可以。该切片长度、容量都为8，
      这8个元素都是原序列的，一旦append就扩容
    • a1[8:]，不可以，end缺省为当前长度5，等价于a1[8:5]
    • a1[8:8]，可以，但这个切片容量和长度都为0了。注意和a1[:8]的区别
    • a1[7:7]，可以，但这个切片长度为0，容量为1
    • a1[0:0]，可以，但这个切片长度为0，容量为8
    • a1[1:5]，可以，这个切片长度为4，容量为7，相当于跳过了原序列第一个元素
• 切片刚产生时，和原序列（数组、切片）开始共用同一个底层数组，但是每一个切片都自己独立保存着指针、cap和len
• 一旦一个切片扩容，就和原来共用一个底层数组的序列分道扬镳，从此陌路

后不包)，a1[:9]不可以。该切片长度、容量都为8，
这8个元素都是原序列的，一旦append就扩容
- a1[8:]，不可以，end缺省为当前长度5，等价于a1[8:5]
- a1[8:8]，可以，但这个切片容量和长度都为0了。注意和a1[:8]的区别
- a1[7:7]，可以，但这个切片长度为0，容量为1
- a1[0:0]，可以，但这个切片长度为0，容量为8
- a1[1:5]，可以，这个切片长度为4，容量为7，相当于跳过了原序列第一个元素

• 切片刚产生时，和原序列（数组、切片）开始共用同一个底层数组，但是每一个切片都自己独立保存着指针、cap和len
• 一旦一个切片扩容，就和原来共用一个底层数组的序列分道扬镳，从此陌路