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Go语言基础之切片

本文主要介绍Go语言中切片(slice)及它的基本使用。

引子

因为数组的长度是固定的并且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:

这个求和函数只能接受[3]int类型,其他的都不支持。 再比如,

数组a中已经有三个元素了,我们不能再继续往数组a中添加新元素了。

切片

切片(Slice)是一个拥有相同类型元素的可变长度的序列。它是基于数组类型做的一层封装。它非常灵活,支持自动扩容。

切片是一个引用类型,它的内部结构包含地址长度容量。切片一般用于快速地操作一块数据集合。

切片的定义

声明切片类型的基本语法如下:

其中,

  • name:表示变量名
  • T:表示切片中的元素类型

举个例子:

切片的长度和容量

切片拥有自己的长度和容量,我们可以通过使用内置的len()函数求长度,使用内置的cap()函数求切片的容量。

切片表达式

切片表达式从字符串、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:一种指定low和high两个索引界限值的简单的形式,另一种是除了low和high索引界限值外还指定容量的完整的形式。

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lowhigh表示一个索引范围(左包含,又不包含),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=high-low,容量等于得到的切片的底层数组的容量。

输出:

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

注意:

对于数组或字符串,如果0 <= low <= high <= 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(切片再切片),high的上限边界是切片的容量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,常量索引也必须在有效范围内。如果lowhigh两个指标都是常数,它们必须满足low <= high。如果索引在运行时超出范围,就会发生运行时panic

输出:

完整切片表达式

对于数组,指向数组的指针,或切片a(注意不能是字符串)支持完整切片表达式:

上面的代码会构造与简单切片表达式a[low: high]相同类型、相同长度和元素的切片。另外,它会将得到的结果切片的容量设置为max-low。在完整切片表达式中只有第一个索引值(low)可以省略;它默认为0。

输出结果:

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一个切片,我们就需要使用内置的make()函数,格式如下:

其中:

  • T:切片的元素类型
  • size:切片中元素的数量
  • cap:切片的容量

举个例子:

上面代码中a的内部存储空间已经分配了10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(a)返回2,cap(a)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)和切片的容量(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

切片s2 := a[3:6],相应示意图如下:

slice_02

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

切片之间是不能比较的,我们不能使用==操作符来判断两个切片是否含有全部相等元素。 切片唯一合法的比较操作是和nil比较。 一个nil值的切片并没有底层数组,一个nil值的切片的长度和容量都是0。但是我们不能说一个长度和容量都是0的切片一定是nil,例如下面的示例:

所以要判断一个切片是否是空的,要是用len(s) == 0来判断,不应该使用s == nil来判断。

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。

切片遍历

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。

append()方法为切片添加元素

Go语言的内建函数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,也可以添加另一个切片中的元素(后面加…)。

注意:通过var声明的零值切片可以在append()函数直接使用,无需初始化。

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,

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。

举个例子:

输出:

从上面的结果可以看出:

  1. append()函数将元素追加到切片的最后并返回该切片。
  2. 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:

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:

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intstring类型的处理方式就不一样。

使用copy()函数复制切片

首先我们来看一个问题:

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b的同时a的值也会发生变化。

Go语言内建的copy()函数可以迅速地将一个切片的数据复制到另外一个切片空间中,copy()函数的使用格式如下:

其中:

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

举个例子:

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。 代码如下:

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:]...)

练习题

1.请写出下面代码的输出结果。

2.请使用内置的sort包对数组var a = [...]int{3, 7, 8, 9, 1}进行排序(附加题,自行查资料解答)。

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