【Go学习笔记】第五章 Go 切片

前言:下面的内容都是边看【飞雪无情】大佬的博客,自己边整理的,其中部分内容有过删改,推荐大家去看原作者的博客进行学习本博客内容仅作为自己的学习笔记。在此之前,我跟着b站韩茹老师刷完了Go语言入门教程。

学习链接:https://www.flysnow.org/archives/
参考书籍:《Go语言实战》《Go语言学习笔记》

五、Go 切片

切片也是一种数据结构,它和数组非常相似,因为他是围绕动态数组的概念设计的,可以按需自动改变大小,使用这种结构,可以更方便的管理和使用数据集合。

1. 内部实现

切片是基于数组实现的,它的底层是数组,它自己本身非常小,可以理解为对底层数组的抽象。因为基于数组实现,所以它的底层的内存是连续分配的,效率非常高,还可以通过索引获得数据,可以迭代以及垃圾回收优化的好处。

切片对象非常小,是因为它是只有3个字段的数据结构:一个是指向底层数组的指针,一个是切片的长度,一个是切片的容量。这3个字段,就是Go语言操作底层数组的元数据,有了它们,我们就可以任意的操作切片了。

(补充:

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2. 声明和初始化

切片创建的方式有好几种,我们先看下最简洁的make方式。

slice := make([]int, 5)

使用内置的make函数时,需要传入一个参数,指定切片的长度,例子中我们使用的时5,这时候切片的容量也是5。当然我们也可以单独指定切片的容量。

slice := make([]int, 5, 10)		// (补充:5 ~ 切片长度,10 ~ 切片容量)

这时,我们创建的切片长度是5,容量是10,需要注意的这个容量10其实对应的是切片底层数组的。

因为切片的底层是数组,所以创建切片时,如果不指定字面值的话,默认值就是数组的元素的零值。这里我们虽然指定了容量是10,但是我们只能访问5个元素,因为切片的长度是5,剩下的5个元素,需要切片扩充后才可以访问。

容量必须 >= 长度,我们是不能创建长度大于容量的切片的。

还有一种创建切片的方式,是使用字面量,就是指定初始化的值。

slice := []int{1, 2, 3, 4, 5}

有没有发现,是创建数组非常像,只不过不用指定[]中的值,这时候切片的长度和容量是相等的,并且会根据我们指定的字面量推导出来。当然我们也可以像数组一样,只初始化某个索引的值:

slice := []int{4: 1}

这是指定了第5个元素为1,其他元素都是默认值0。这时候切片的长度和容量也是一样的。这里再次强调一下切片和数组的微小差别。

//数组
array := [5]int{4: 1}
//切片
slice := []int{4: 1}

切片还有nil切片和空切片,它们的长度和容量都是0,但是它们指向底层数组的指针不一样,nil切片意味着指向底层数组的指针为nil,而空切片对应的指针是个地址。

//nil切片
var nilSlice []int

//空切片
slice := make([]int, 0)
slice := []int{}

nil切片表示不存在的切片,而空切片表示一个空集合,它们各有用处。

(补充:

在Go语言中,nil切片是很常见的创建切片的方法。nil切片可以用于很多标准库和内置函数。在需要描述一个不存在的切片时,nil切片会很好用。例如,函数要求返回一个切片但是发生异常的时候:

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空切片在底层数组包含0个元素,也没有分配任何存储空间。想表示空集合是空切片很有用,例如,数据库查询返回0个查询结果时:

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切片另外一个用处比较多的创建是基于现有的数组或者切片创建。

slice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
slice1 := slice[:]
slice2 := slice[0:]
slice3 := slice[:5]

fmt.Println(slice1)
fmt.Println(slice2)
fmt.Println(slice3)

基于现有的切片或者数组创建,使用[i:j]这样的操作符即可,它表示以i索引开始,到j索引结束,截取原数组或者切片,创建而成的新切片,新切片的值包含原切片的i索引,但是不包含j索引。对比Java的话,发现和String的subString方法很像。

i如果省略,默认是0;j如果省略默认是原数组或者切片的长度,所以例子中的三个新切片的值是一样的。这里注意的是ij都不能超过原切片或者数组的索引。

slice := []int{10, 20, 30, 40, 50}
newSlice := slice[1:3]

newSlice[0] = 1
	
fmt.Println(slice)
fmt.Println(newSlice)

这个例子证明了,新的切片和原切片共用的是一个底层数组,所以当修改的时候,底层数组的值就会被改变,所以原切片的值也改变了。当然对于基于数组的切片也一样的。

(补充:执行完上面那段代码后,我们有了两个切片,它们共享同一段底层数组,但是通过不同的切片会看到底层数组的不同部分

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我们基于原数组或者切片创建一个新的切片后,那么新的切片的大小和容量是多少呢?这里有个公式:

对于底层数组容量是k的切片slice[i:j]来说
长度:j-i
容量: k-i

比如我们上面的例子slice[1:3],长度就是3-1=2,容量是5-1=4。不过代码中我们计算的时候不用这么麻烦,因为Go语言为我们提供了内置的lencap函数来计算切片的长度和容量。

slice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
newSlice := slice[1:3]

fmt.Printf("newSlice长度: %d, 容量: %d", len(newSlice), cap(newSlice))

以上基于一个数组或者切片使用2个索引创建新切片的方法,此外还有一种3个索引的方法,第3个用来限定新切片的容量,其用法为slice[i:j:k]

slice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
newSlice := slice[1:2:3]

这样我们就创建了一个长度为2-1=1,容量为3-1=2的新切片,不过第三个索引,不能超过原切片的最大索引值5。

3. 使用切片

使用切片,和使用数组一样,通过索引就可以获取切片对应元素的值,同样也可以修改对应元素的值。

slice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
fmt.Println(slice[2]) //获取值
slice[2] = 10 //修改值
fmt.Println(slice[2]) //输出10

切片只能访问到其长度内的元素,访问超过长度外的元素,会导致运行时异常,与切片容量关联的元素只能用于切片增长。

我们前面讲了,切片算是一个动态数组,所以它可以按需增长,我们使用内置append函数即可。append函数可以为一个切片追加一个元素,至于如何增加、返回的是原切片还是一个新切片、长度和容量如何改变这些细节,append函数都会帮我们自动处理。

slice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
newSlice := slice[1:3]
	
newSlice=append(newSlice, 10)	// (补充:append---追加元素,下面有讲解)
fmt.Println(newSlice)
fmt.Println(slice)

//Output
[2 3 10]
[1 2 3 10 5]

例子中,通过append函数为新创建的切片newSlice,追加了一个元素10,我们发现打印的输出,原切片slice的第4个值也被改变了,变成了10。引起这种结果的原因是因为newSlice有可用的容量,不会创建新的切片来满足追加,所以直接在newSlice后追加了一个元素10,因为newSliceslice切片共用一个底层数组,所以切片slice的对应的元素值也被改变了。

这里newSlice新追加的第3个元素,其实对应的是slice的第4个元素,所以这里的追加其实是把底层数组的第4个元素修改为10,然后把newSlice长度调整为3。

如果切片的底层数组,没有足够的容量时,就会新建一个底层数组,把原来数组的值复制到新底层数组里,再追加新值,这时候就不会影响原来的底层数组了。

(补充:

slice := []int{10, 20, 30, 40}	// 长度和容量都是4的整型切片
newSlice := append(slice, 50)	// 向切片追加一个新元素,将新元素赋值为50

当这个append操作完成后,newSlice拥有一个全新的底层数组,这个数组的容量是原来的两倍:

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所以一般我们在创建新切片的时候,最好要让新切片的长度和容量一样,这样我们在追加操作的时候就会生成新的底层数组,和原有数组分离,就不会因为共用底层数组而引起奇怪问题,因为共用数组的时候修改内容,会影响多个切片。

append函数会智能的增长底层数组的容量,目前的算法是:容量小于1000个时,总是成倍的增长,一旦容量超过1000个,增长因子设为1.25,也就是说每次会增加25%的容量。随着语言的演化,这种增长算法可能会有所改变(补充:为了节约空间)

内置的append也是一个可变参数的函数,所以我们可以同时追加好几个值。

newSlice = append(newSlice, 10, 20, 30)

此外,我们还可以通过...操作符,把一个切片追加到另一个切片里。

slice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
newSlice := slice[1:2:3]

newSlice = append(newSlice, slice...)
fmt.Println(newSlice)
fmt.Println(slice)

4. 迭代切片

切片是一个集合,我们可以使用 for range 循环来迭代它,打印其中的每个元素以及对应的索引。

slice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
for i, v := range slice{
	fmt.Printf("索引:%d,值:%d\n",i,v)
}

如果我们不想要索引,可以使用_来忽略它,这是Go语言的用法,很多不需要的函数等返回值,都可以忽略。

slice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
for _, v := range slice{
	fmt.Printf("值:%d\n", v)
}

这里需要说明的是range返回的是切片元素的复制,而不是元素的引用。

(补充:关键字range返回的两个值。第一个值是当前迭代到的索引位置,第二个值是该位置对应元素值的一份副本:

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除了for range循环外,我们也可以使用传统的for循环,配合内置的len函数进行迭代。

slice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
for i := 0; i < len(slice); i++ {
	fmt.Printf("值:%d\n", slice[i])
}

5. 在函数间传递切片

我们知道切片是3个字段构成的结构类型,所以在函数间以值的方式传递的时候,占用的内存非常小,成本很低。在传递复制切片的时候,其底层数组不会被复制,也不会受影响,复制只是复制的切片本身,不涉及底层数组。

func main() {
	slice := []int{1, 2, 3, 4, 5}	// (补充:slice变量中存储的是底层数组的地址)
	fmt.Printf("%p\n", &slice)	
	modify(slice)		// (补充:相当于把底层数组的指针传给了modify函数)
	fmt.Println(slice)
}

func modify(slice []int) {
	fmt.Printf("%p\n", &slice)
	slice[1] = 10
}

打印的输出如下:

0xc420082060
0xc420082080
[1 10 3 4 5]

仔细看,这两个切片的地址不一样,所以可以确认切片在函数间传递是复制的。而我们修改一个索引的值后,发现原切片的值也被修改了,说明它们共用一个底层数组。

在函数间传递切片非常高效,而且不需要传递指针和处理复杂的语法,只需要复制切片,然后根据自己的业务修改,最后传递回一个新的切片副本即可,这也是为什么函数间传递参数,使用切片,而不是数组的原因。

关于多维切片不推荐使用,还有多维数组,一来它和普通的切片数组一样,只不过是多个一维组成的多维;二来不推荐用多维切片和数组,可读性不好,结构不够清晰,容易出问题。

(补充:

*6. 多维切片

// 创建一个整型切片的切片
slice := [][]int{{10}, {100, 200}}

我们有了一个包含两个元素的外层切片,每个元素包含一个内层的整型切片:

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这种组合可以让用户创建非常复杂且强大的数据结构。

// 为第一个切片追加值为20的元素
slice[0] = append(slice[0], 20)

Go语言中使用append函数处理追加的方式很简明:**先增长切片,再将新的整型切片赋值给外层切片的第一个元素。**上面这段代码,会为新的整型切片分配新的底层数组,然后将切片复制到外层切片的索引为0的元素:

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即便是这么简单的多维切片,操作时也会涉及众多布局和值。

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