06- Go语言基础之切片

引子

因为数组的长度固定切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:

  1. func arraySum(x [3]int) int{
  2.     sum := 0
  3.     for _, v := range x{
  4.         sum = sum + v
  5.     }
  6.     return sum
  7. }

这个求和函数只能接受[3]int 类型, 其他的都不支持.

  1. a := [3]int{1, 2, 3}

数组a 中已经有3个元素了, 我们不能再继续添加新元素.

切片

切片(Slice) 是

  • 拥有相同类型元素的可变长序列.
  • 它是基于数组类型做的一层封装.
  • 非常灵活, 支持自动扩容.
  • 切片是引用类型. 它的内部结构包含 地址, 长度 和 容量
  • 切片一般用于快速的操作一块数据集合.

切片的定义

声明切片类型的语法:

  1. var name []T

其中:

  • name: 变量名
  • T: 切片中元素类型

举例:

  1. func main() {
  2.     // 声明切片类型
  3.     var a []string              //声明一个字符串切片
  4.     var b = []int{}             //声明一个整型切片并初始化
  5.     var c = []bool{false, true} //声明一个布尔切片并初始化
  6.     var d = []bool{false, true} //声明一个布尔切片并初始化
  7.     fmt.Println(a)              //[]
  8.     fmt.Println(b)              //[]
  9.     fmt.Println(c)              //[false true]
  10.     fmt.Println(a == nil)       //true
  11.     fmt.Println(b == nil)       //false
  12.     fmt.Println(c == nil)       //false
  13.     // fmt.Println(c == d)   //切片是引用类型，不支持直接比较，只能和nil比较
  14. }

切片的长度和容量

切片拥有自己的长度和容量. 可以通过len() 函数求长度, 使用内置函数cap() 求切片容量.

切片表达式

前片表达式从字符串, 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:

  • 指定low 和 height两个索引界限值的简单形式,
  • 除了指定low和height 界限值之外还指定容量的完整形式

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height 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=height-low 容量等于得到的切片的底层数组的容量.

  1. func main() {
  2.     a := [3]int{1,3,5}
  3.     s := a[0:2]
  4.     fmt.Printf("s:%v len(s):%v cap(s):%v\n", s, len(s), cap(s))
  5. }

输出:

  1. s:[1 3] len(s):2 cap(s):3

为了方便起见, 可以省略切片表达式中的任何索引, 省略low 则默认为0, 省略了height 则默认为切片操作数的长度:

  1. a[1:]  // 等同于 a[1:len(a)]
  2. a[:2]  // 等同于 a[0:2]
  3. a[:]   // 等同于 a[0:len(a)]

注意

对于组或字符串, 如果 0<=low<=height<=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(切片的切片),

  • height 的上限便捷是切片的容量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., 常量索引页必须在有效范围内.
  • 如果low 和 height两个指标都是常数, 它必须满足low<=height
  1. func main() {
  2.     a := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
  3.     s := a[1:3]  // s := a[low:high]
  4.     fmt.Printf("s:%v len(s):%v cap(s):%v\n", s, len(s), cap(s))
  5.     s2 := s[3:4]  // 索引的上限是cap(s)而不是len(s)
  6.     fmt.Printf("s2:%v len(s2):%v cap(s2):%v\n", s2, len(s2), cap(s2))
  7. }

输出:

  1. s:[2 3] len(s):2 cap(s):4
  2. 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(a不能是字符串) 支持完整切片表达式

  1. a[low: height : max]
  • 上述构造与简单切片表达式a[low:height] 相同类型, 相同长度和元素的切片
  • 它会将得到的结构切片的容量设置为max-low
  • 在完整切片表达式中只有第一个索引值low 可以省略; 它的默认值为0
  1. func main() {
  2.     a := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
  3.     t := a[1:3:5]
  4.     fmt.Printf("t:%v len(t):%v cap(t):%v\n", t, len(t), cap(t))
  5. }

输出:

  1. 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切片, 就需要使用内置的nake()函数,

格式:

  1. make([]T, size, cap)
  • T: 切片中元素类型
  • size: 切片中元素的数量
  • cap: 切片容量
  1. func main() {
  2.     s := make([]int, 2, 20)
  3.     fmt.Printf("s:%v len(s):%v cap(s):%v\n", s, len(s), cap(s))
  4. }

上面代码中s的内部存储空间已经分配了20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(s)返回2，cap(s)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)
  • 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。

slice_01.png

切片s2 := a[3:6]，相应示意图如下：

slice_02.png

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

切片之间不能比较

  • 切片只能和nil 比较
  • 一个nil值得欺骗的长度和容量都是0
  • 一个长度和容量都是0 的切片不一定是nil
  1. var s1 []int         //len(s1)=0;cap(s1)=0;s1==nil
  2. s2 := []int{}        //len(s2)=0;cap(s2)=0;s2!=nil
  3. s3 := make([]int, 0) //len(s3)=0;cap(s3)=0;s3!=nil

切片的赋值拷贝

  • 拷贝前后两个变量共享底层数组
  • 一个切片的修改会影响另一个切片的内容
  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. }

切片的遍历

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。

  1. func main() {
  2.     s := []int{1, 3, 5}
  4.     for i := 0; i < len(s); i++ {
  5.         fmt.Println(i, s[i])
  6.     }
  8.     for index, value := range s {
  9.         fmt.Println(index, value)
  10.     }
  11. }

append() 方法为切片添加元素

Go 语言内建函数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
  • 可以添加另一个切片中的元素（后面加…)
  1. func main(){
  2.     var s []int
  3.     s = append(s, 1)        // [1]
  4.     s = append(s, 2, 3, 4)  // [1 2 3 4]
  5.     s2 := []int{5, 6, 7}  
  6.     s = append(s, s2...)    // [1 2 3 4 5 6 7]
  7. }

注意

通过var 省略的零值切片可以在append() 函数直接使用, 无需初始化.

  1. var s []int
  2. 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，

  1. s := []int{}  // 没有必要初始化
  2. s = append(s, 1, 2, 3)
  4. var s = make([]int)  // 没有必要初始化
  5. s = append(s, 1, 2, 3)

每个跑都会指向一个底层数组, 这个数组的容量够用就添加新元素, 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扩容, 此时该切片指向的底层就会更换.

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。

例子:

  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：

  • ppend()`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。

append()函数还支持一次性追加多个元素。

例如：

  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...)
  9. 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：

  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

首先我们先来看一个问题:

  1. func main() {
  2.     a := []int{1,2,3,4,5}
  3.     b := a
  4.     fmt.Println(a) //[1 2 3 4 5]
  5.     fmt.Println(b) //[1 2 3 4 5]
  6.     b[0] = 1000
  7.     fmt.Println(a) //[1000 2 3 4 5]
  8.     fmt.Println(b) //[1000 2 3 4 5]
  9. }

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a的值b的值也会发生改变.

Go 语言内建copy() 函数可以快速的将一个切片的数据复制到另一个切片空间中. copy 函数的使用格式如下:

  1. copy(destSlice, srcSlice []T)

其中

  • srcSlice: 数据来源切片
  • destSlice: 目标切片

举例:

  1. func main() {
  2.     // copy()复制切片
  3.     a := []int{1, 2, 3, 4, 5}
  4.     c := make([]int, 5, 5)
  5.     copy(c, a)     //使用copy()函数将切片a中的元素复制到切片c
  6.     fmt.Println(a) //[1 2 3 4 5]
  7.     fmt.Println(c) //[1 2 3 4 5]
  8.     c[0] = 1000
  9.     fmt.Println(a) //[1 2 3 4 5]
  10.     fmt.Println(c) //[1000 2 3 4 5]
  11. }

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

  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. }

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:]...)