Golang中切片的用法與本質(zhì)詳解

前言

Go 數(shù)組的長度不可改變，在特定場景中這樣的集合就不太適用，Go中提供了一種靈活，功能強(qiáng)悍的內(nèi)置類型切片("動(dòng)態(tài)數(shù)組"),與數(shù)組相比切片的長度是不固定的，可以追加元素，在追加時(shí)可能使切片的容量增大

Go的切片類型為處理同類型數(shù)據(jù)序列提供一個(gè)方便而高效的方式。 切片有些類似于其他語言中的數(shù)組，但是有一些不同尋常的特性。 本文將深入切片的本質(zhì)，并講解它的用法。

數(shù)組

Go的切片是在數(shù)組之上的抽象數(shù)據(jù)類型，因此在了解切片之前必須要先理解數(shù)組。

數(shù)組類型定義了長度和元素類型。例如， [4]int 類型表示一個(gè)四個(gè)整數(shù)的數(shù)組。 數(shù)組的長度是固定的，長度是數(shù)組類型的一部分（  [4]int 和  [5]int 是完全不同的類型）。 數(shù)組可以以常規(guī)的索引方式訪問，表達(dá)式  s[n] 訪問數(shù)組的第 n 個(gè)元素。

var a [4]int
a[0] = 1
i := a[0]
// i == 1

數(shù)組不需要顯式的初始化；數(shù)組的零值是可以直接使用的，數(shù)組元素會(huì)自動(dòng)初始化為其對應(yīng)類型的零值：

// a[2] == 0, int 類型的零值

類型 [4]int 對應(yīng)內(nèi)存中四個(gè)連續(xù)的整數(shù)：

Go的數(shù)組是值語義。一個(gè)數(shù)組變量表示整個(gè)數(shù)組，它不是指向第一個(gè)元素的指針（不像 C 語言的數(shù)組）。 當(dāng)一個(gè)數(shù)組變量被賦值或者被傳遞的時(shí)候，實(shí)際上會(huì)復(fù)制整個(gè)數(shù)組。 （為了避免復(fù)制數(shù)組，你可以傳遞一個(gè)指向數(shù)組的指針，但是數(shù)組指針并不是數(shù)組。） 可以將數(shù)組看作一個(gè)特殊的struct，結(jié)構(gòu)的字段名對應(yīng)數(shù)組的索引，同時(shí)成員的數(shù)目固定。

數(shù)組的字面值像這樣：

b := [2]string{"Penn", "Teller"}

當(dāng)然，也可以讓編譯器統(tǒng)計(jì)數(shù)組字面值中元素的數(shù)目：

b := [...]string{"Penn", "Teller"}

這兩種寫法， b 都是對應(yīng)  [2]string 類型。

切片

數(shù)組雖然有適用它們的地方，但是數(shù)組不夠靈活，因此在Go代碼中數(shù)組使用的并不多。 但是，切片則使用得相當(dāng)廣泛。切片基于數(shù)組構(gòu)建，但是提供更強(qiáng)的功能和便利。

切片類型的寫法是 []T ，  T 是切片元素的類型。和數(shù)組不同的是，切片類型并沒有給定固定的長度。

切片的字面值和數(shù)組字面值很像，不過切片沒有指定元素個(gè)數(shù)：

letters := []string{"a", "b", "c", "d"}

切片可以使用內(nèi)置函數(shù) make 創(chuàng)建，函數(shù)簽名為：

func make([]T, len, cap) []T

其中T代表被創(chuàng)建的切片元素的類型。函數(shù) make 接受一個(gè)類型、一個(gè)長度和一個(gè)可選的容量參數(shù)。 調(diào)用  make 時(shí)，內(nèi)部會(huì)分配一個(gè)數(shù)組，然后返回?cái)?shù)組對應(yīng)的切片。

var s []byte
s = make([]byte, 5, 5)
// s == []byte{0, 0, 0, 0, 0}

當(dāng)容量參數(shù)被忽略時(shí)，它默認(rèn)為指定的長度。下面是簡潔的寫法：

s := make([]byte, 5)

可以使用內(nèi)置函數(shù) len 和  cap 獲取切片的長度和容量信息。

len(s) == 5
cap(s) == 5

接下來的兩個(gè)小節(jié)將討論長度和容量之間的關(guān)系。

切片的零值為 nil 。對于切片的零值，  len 和  cap 都將返回0。

切片也可以基于現(xiàn)有的切片或數(shù)組生成。切分的范圍由兩個(gè)由冒號分割的索引對應(yīng)的半開區(qū)間指定。 例如，表達(dá)式 b[1:4] 創(chuàng)建的切片引用數(shù)組  b 的第1到3個(gè)元素空間（對應(yīng)切片的索引為0到2）。

b := []byte{'g', 'o', 'l', 'a', 'n', 'g'}
// b[1:4] == []byte{'o', 'l', 'a'}, sharing the same storage as b

切片的開始和結(jié)束的索引都是可選的；它們分別默認(rèn)為零和數(shù)組的長度。

// b[:2] == []byte{'g', 'o'}
// b[2:] == []byte{'l', 'a', 'n', 'g'}
// b[:] == b

下面語法也是基于數(shù)組創(chuàng)建一個(gè)切片：

x := [3]string{"Лайка", "Белка", "Стрелка"}
s := x[:] // a slice referencing the storage of x

切片的內(nèi)幕

一個(gè)切片是一個(gè)數(shù)組片段的描述。它包含了指向數(shù)組的指針，片段的長度， 和容量（片段的最大長度）。

前面使用 make([]byte, 5) 創(chuàng)建的切片變量  s 的結(jié)構(gòu)如下：

長度是切片引用的元素?cái)?shù)目。容量是底層數(shù)組的元素?cái)?shù)目（從切片指針開始）。 關(guān)于長度和容量和區(qū)域?qū)⒃谙乱粋€(gè)例子說明。

我們繼續(xù)對 s 進(jìn)行切片，觀察切片的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和它引用的底層數(shù)組：

s = s[2:4]

切片操作并不復(fù)制切片指向的元素。它創(chuàng)建一個(gè)新的切片并復(fù)用原來切片的底層數(shù)組。 這使得切片操作和數(shù)組索引一樣高效。因此，通過一個(gè)新切片修改元素會(huì)影響到原始切片的對應(yīng)元素。

d := []byte{'r', 'o', 'a', 'd'}
e := d[2:] 
// e == []byte{'a', 'd'}
e[1] = 'm'
// e == []byte{'a', 'm'}
// d == []byte{'r', 'o', 'a', 'm'}

前面創(chuàng)建的切片 s 長度小于它的容量。我們可以增長切片的長度為它的容量：

s = s[:cap(s)]

切片增長不能超出其容量。增長超出切片容量將會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)異常，就像切片或數(shù)組的索引超 出范圍引起異常一樣。同樣，不能使用小于零的索引去訪問切片之前的元素。

切片的生長（copy and append 函數(shù)）

要增加切片的容量必須創(chuàng)建一個(gè)新的、更大容量的切片，然后將原有切片的內(nèi)容復(fù)制到新的切片。 整個(gè)技術(shù)是一些支持動(dòng)態(tài)數(shù)組語言的常見實(shí)現(xiàn)。下面的例子將切片 s 容量翻倍，先創(chuàng)建一個(gè)2倍 容量的新切片  t ，復(fù)制  s 的元素到  t ，然后將  t 賦值給  s ：

t := make([]byte, len(s), (cap(s)+1)*2) // +1 in case cap(s) == 0
for i := range s {
  t[i] = s[i]
}
s = t

循環(huán)中復(fù)制的操作可以由 copy 內(nèi)置函數(shù)替代。copy 函數(shù)將源切片的元素復(fù)制到目的切片。 它返回復(fù)制元素的數(shù)目。

func copy(dst, src []T) int

copy 函數(shù)支持不同長度的切片之間的復(fù)制（它只復(fù)制較短切片的長度個(gè)元素）。 此外，  copy 函數(shù)可以正確處理源和目的切片有重疊的情況。

使用 copy 函數(shù)，我們可以簡化上面的代碼片段：

t := make([]byte, len(s), (cap(s)+1)*2)
copy(t, s)
s = t

一個(gè)常見的操作是將數(shù)據(jù)追加到切片的尾部。下面的函數(shù)將元素追加到切片尾部， 必要的話會(huì)增加切片的容量，最后返回更新的切片：

func AppendByte(slice []byte, data ...byte) []byte {
 m := len(slice)
 n := m + len(data)
 if n > cap(slice) { // if necessary, reallocate
  // allocate double what's needed, for future growth.
  newSlice := make([]byte, (n+1)*2)
  copy(newSlice, slice)
  slice = newSlice
 }
 slice = slice[0:n]
 copy(slice[m:n], data)
 return slice
}

下面是 AppendByte 的一種用法：

p := []byte{2, 3, 5}
p = AppendByte(p, 7, 11, 13)
// p == []byte{2, 3, 5, 7, 11, 13}

類似 AppendByte 的函數(shù)比較實(shí)用，因?yàn)樗峁┝饲衅萘吭鲩L的完全控制。 根據(jù)程序的特點(diǎn)，可能希望分配較小的活較大的塊，或則是超過某個(gè)大小再分配。

但大多數(shù)程序不需要完全的控制，因此Go提供了一個(gè)內(nèi)置函數(shù) append ， 用于大多數(shù)場合；它的函數(shù)簽名：

func append(s []T, x ...T) []T

append 函數(shù)將  x 追加到切片  s 的末尾，并且在必要的時(shí)候增加容量。

a := make([]int, 1)
// a == []int{0}
a = append(a, 1, 2, 3)
// a == []int{0, 1, 2, 3}

如果是要將一個(gè)切片追加到另一個(gè)切片尾部，需要使用 ... 語法將第2個(gè)參數(shù)展開為參數(shù)列表。

a := []string{"John", "Paul"}
b := []string{"George", "Ringo", "Pete"}
a = append(a, b...) // equivalent to "append(a, b[0], b[1], b[2])"
// a == []string{"John", "Paul", "George", "Ringo", "Pete"}

由于切片的零值 nil 用起來就像一個(gè)長度為零的切片，我們可以聲明一個(gè)切片變量然后在循環(huán) 中向它追加數(shù)據(jù)：

// Filter returns a new slice holding only
// the elements of s that satisfy f()
func Filter(s []int, fn func(int) bool) []int {
 var p []int // == nil
 for _, v := range s {
  if fn(v) {
   p = append(p, v)
  }
 }
 return p
}

可能的“陷阱”

正如前面所說，切片操作并不會(huì)復(fù)制底層的數(shù)組。整個(gè)數(shù)組將被保存在內(nèi)存中，直到它不再被引用。 有時(shí)候可能會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)小的內(nèi)存引用導(dǎo)致保存所有的數(shù)據(jù)。

例如， FindDigits 函數(shù)加載整個(gè)文件到內(nèi)存，然后搜索第一個(gè)連續(xù)的數(shù)字，最后結(jié)果以切片方式返回。

var digitRegexp = regexp.MustCompile("[0-9]+")

func FindDigits(filename string) []byte {
 b, _ := ioutil.ReadFile(filename)
 return digitRegexp.Find(b)
}

這段代碼的行為和描述類似，返回的 []byte 指向保存整個(gè)文件的數(shù)組。因?yàn)榍衅昧嗽嫉臄?shù)組， 導(dǎo)致 GC 不能釋放數(shù)組的空間；只用到少數(shù)幾個(gè)字節(jié)卻導(dǎo)致整個(gè)文件的內(nèi)容都一直保存在內(nèi)存里。

要修復(fù)整個(gè)問題，可以將感興趣的數(shù)據(jù)復(fù)制到一個(gè)新的切片中：

func CopyDigits(filename string) []byte {
 b, _ := ioutil.ReadFile(filename)
 b = digitRegexp.Find(b)
 c := make([]byte, len(b))
 copy(c, b)
 return c
}

可以使用 append 實(shí)現(xiàn)一個(gè)更簡潔的版本。

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對腳本之家的支持。