Go Slice【Go语言圣经笔记】

Slice

Slice（切片）代表长的序列，序列中每个元素都有相同的类型（这一点同数组，事实上切片底层实现就是数组，一个切片必须依赖一个数组存在，多个切片可以依赖同一个数组，它们可以是该数组不同或相同的子序列）。一个Slice类型的元素一般写作[]T，其中T代表slice中元素的类型。slice的语法和数组很像，只是没有固定长度而已。

数组和slice之间有着紧密的联系。一个slice是一个轻量级的数据结构，提供了访问数组子序列（或者全部）元素的功能，而且slice的底层确实引用一个数组对象。

一个slice由三个部分构成：指针、长度和容量。指针指向第一个slice元素对应的底层数组元素的地址，要注意的是slice的第一个元素并不一定就是数组的第一个元素。长度对应slice中元素的数目；长度不能超过容量，容量一般是从slice的开始位置到底层数据的结尾位置。内置的len和cap函数分别返回slice的长度和容量。

// slice源码 实际上是一个结构体
type slice struct {array unsafe.Pointerlen intcap int
}

多个slice之间可以共享底层的数据，并且引用的数组部分区间可能重叠。

下面这个例子表示一年中每个月份名字的字符串数组。

months := [...]string{1: "January", /*...*/, 12: "December"}

代码中一月份是months[1]，十二月份是months[12]。通常，数组的第一个元素从索引0开始，但是月份一般是从1开始的，因此我们声明数组时直接跳过第0个元素，第0个元素会被自动初始化为空字符串因此一月份是months[1]，十二月份是months[12]。通常，数组的第一个元素从索引0开始，但是月份一般是从1开始的，因此我们声明数组时直接跳过第0个元素，第0个元素会被自动初始化为空字符串。

在数组的基础之上，我们可以定义切片：

Q2 = months[4:7]
summer = months[6:9]
fmt.Println(Q2)      // ["April" "May" "June"]
fmt.Println(summer)  // ["June" "July" "August"]

用于在数组上取切片操作s[i:j]（同其他语言的切片操作），其中0≤i≤j≤cap(s)0\leq i \leq j \leq cap(s)0≤i≤j≤cap(s)用于创建一个新的切片，引用s的从第i个元素开始到第j-1个元素。如果i位置的索引被省略的话将使用0代替，如果j位置的索引被省略的话将使用len(s)代替。因此，months[1:13]切片操作将引用全部有效的月份，和months[1:]操作等价；months[:]切片操作则是引用整个数组。

Q2表示第二季度，summer表示夏季，两者都包含了6月份，下面的代码用于找出相同月份并打印（性能较低，近作示例，不推荐使用）：

for _,s := range summer {for _,q := range Q2 {if s == q {fmt.Println("%s appears in both\n", s)}}
}

如果切片操作超出cap(s)的上线将导致一个panic异常，但是超出len(s)则意味着扩展了slice，因为新slice的长度会变大：

fmt.Println(summer[:20])     // panic: out of rangeendlessSummer := summer[:5]  // extend a slice (within capacity)
fmt.Println(endlessSummer)   // "[June July August September October]"

另外，字符串的切片操作和[]byte字节类型切片的切片操作是类似的。都写作x[m:n]，并且都是返回一个原始字节系列的子序列，底层都是共享之前的底层数组，因此这种操作都是常量时间复杂度。x[m:n]切片操作对于字符串则生成一个新字符串，如果x是[]byte的话则生成一个新的[]byte。

因为slice值包含指向第一个slice元素的指针，因此向函数传递slice将允许在函数内部修改底层数组的元素。换句话说，复制一个slice只是对底层的数组创建了一个新的slice别名。

下面的reverse函数在原内存空间将[]int类型的slice反转，而且它可以用于任意长度的slice。

func reverse(s []int) {for i, j := 0, len(s)-1; i<j; i,j = i+1, j-1 {s[i], s[j] = s[j], s[i]}
}

下面是使用reverse函数的一个例子：

a := [...]int{0, 1, 2, 3, 4, 5}
reverse(a[:])
fmt.Println(a)  // "[5, 4, 3, 2, 1, 0]"

一种将slice元素循环向左旋转n个元素的方法是三次调用reverse反转函数，第一次是反转开头的n个元素，然后是反转剩下的元素，最后是反转整个slice的元素。（如果是向右循环旋转，则将第三个函数调用移到第一个调用位置就可以了。）

slice和array的区别

要注意的是slice类型的变量s和数组类型的变量a的初始化语法的差异。slice和数组的字面值语法很类似，它们都是用花括弧包含一系列的初始化元素，但是对于slice并没有指明序列的长度。这会隐式地创建一个合适大小的数组，然后slice的指针指向底层的数组。就像数组字面值一样，slice的字面值也可以按顺序指定初始化值序列，或者是通过索引和元素值指定，或者用两种风格的混合语法初始化。

a := [2]int{1, 2}
s := []int{1,2}

和数组不同的是，slice之间不能比较，因此我们不能使用==操作符来判断两个slice是否含有全部相等元素。不过标准库提供了高度优化的bytes.Equal函数来判断两个字节型slice是否相等（[]byte），但是对于其他类型的slice，我们必须自己展开每个元素进行比较：

func equal(x, y []string) bool {if len(x) != len(y) {return false}for i := range x {if x[i] != y[i] {return false}}return true
}

上面关于两个slice的深度相等测试，运行的时间并不比支持==操作的数组或字符串更多，但是为何slice不直接支持比较运算符呢？这方面有两个原因。第一个原因，一个slice的元素是间接引用的，一个slice甚至可以包含自身。虽然有很多办法处理这种情形，但是没有一个是简单有效的。

第二个原因，因为slice的元素是间接引用的，一个固定的slice值(译注：指slice本身的值，不是元素的值)在不同的时刻可能包含不同的元素，因为底层数组的元素可能会被修改。而例如Go语言中map的key只做简单的浅拷贝，它要求key在整个生命周期内保持不变性(译注：例如slice扩容，就会导致其本身的值/地址变化)。而用深度相等判断的话，显然在map的key这种场合不合适。对于像指针或chan之类的引用类型，==相等测试可以判断两个是否是引用相同的对象。一个针对slice的浅相等测试的==操作符可能是有一定用处的，也能临时解决map类型的key问题，但是slice和数组不同的相等测试行为会让人困惑。因此，安全的做法是直接禁止slice之间的比较操作。

slice唯一合法的比较操作是和nil比较，例如：

if summer == nil {/* ... */}

一个零值slice等于nil。一个nil值的slice并没有底层数组。一个nil值的slice的长度和容量都是0，但是也有非nil值的slice的长度和容量也是0的，例如[]int{}或make([]int, 3)[3:]。与任意类型的nil值一样，我们可以用[]int(nil)类型转换表达式来生成一个对应类型slice的nil值。

var s []int    // len(s) == 0, s === nil
s = nil        // len(s) == 0, s == nil
s = []int(nil) // len(s) == 0, s == nil
s = []int{}    // len(s) == 0, s != nil

如果你需要测试一个slice是否是空的，使用len(s) == 0来判断，而不应该用s == nil来判断。除了和nil相等比较外，一个nil值的slice的行为和其它任意0长度的slice一样；例如reverse(nil)也是安全的。除了文档已经明确说明的地方，所有的Go语言函数应该以相同的方式对待nil值的slice和0长度的slice。

内置的make函数创建一个指定元素类型、长度和容量的slice。容量部分可以省略，在这种情况下，容量将等于长度。

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

make函数创建了一个匿名的数组变量，然后返回一个slice；只有通过返回的slice才能引用底层匿名的数组变量。在第一种语句中，slice是整个数组的view。在第二个语句中，slice只引用了底层数组的前len个元素，但是容量将包含整个的数组。额外的元素是留给未来的增长用的。

append函数

Go内置的append函数用于向slice中追加元素：

var ruunes [] rune
for -, r := range "Hello, 世界" {runes = append(runes, r)
}
fmt.Printf("%q\n", runes)  // ['H' 'e' 'l' 'l' 'o' ',' ' ' '世' '界']

在循环中使用append函数构建一个由九个rune字符构成的slice，当然对应这个特殊的问题我们可以通过Go语言内置的[]rune("Hello, 世界")转换操作完成。

append函数对于理解slice底层是如何工作的非常重要，所以让我们仔细研究一下究竟发生了什么。下面是第一个版本的appendInt函数，专门用于处理[]int类型的slice：

func appendInt(x []int, y int) int {var z []intzlen := len(x) + 1if zlen <= cap(x) {// if there is room to grow. extend the slicez = x[:zlen]} else {// there is insufficient space. allocate a new array// grow by doubling, for amortized linear complexityzcap := zlenif zcap < 2*len(x) {zcap = 2*len(x)}z = make([]int, zlen, zcap)copy(z, x)}z[len(x)] = yreturn z
}

每次调用appendInt函数，必须先检测slice底层数组是否有足够的容量来保存新添加的元素。如果有足够空间的话，直接扩展slice（依然在原有的底层数组之上），将新添加的y元素复制到新扩展的空间，并返回slice。因此，输入的x和输出的z共享相同的底层数组。

如果没有足够的增长空间的话，appendInt函数则会先分配一个足够大的slice用于保存新的结果，先将输入的x复制到新的空间，然后添加y元素。结果z和输入的x引用的将是不同的底层数组(make函数将会创建一个新的匿名数组)。

虽然通过循环复制元素更直接，不过内置的copy函数可以方便地将一个slice复制到另一个相同类型的slice。copy函数的第一个参数是要复制的目标slice，第二个参数是源slice，目标和源的位置顺序和dst = src赋值语句是一致的。两个slice可以共享同一个底层数组，甚至有重叠也没有问题。copy函数将返回成功复制的元素的个数（我们这里没有用到），等于两个slice中较小的长度，所以我们不用担心覆盖会超出目标slice的范围。

为了提高内存使用效率，新分配的数组一般略大于保存x和y所需要的最低大小。通过在每次扩展数组时直接将长度翻倍从而避免了多次内存分配，也确保了添加单个元素操作的平均时间是一个常数时间。这个程序演示了效果：

func main() {var x, y []intfor i := 0; i < 10; i++ {y = appendInt(x, i)fmt.Printf("%d cap=%d\t%v\n", i, cap(y), y)x = y}
}

每一次容量的变化都会导致重新分配内存和copy操作：

0  cap=1    [0]
1  cap=2    [0 1]
2  cap=4    [0 1 2]
3  cap=4    [0 1 2 3]
4  cap=8    [0 1 2 3 4]
5  cap=8    [0 1 2 3 4 5]
6  cap=8    [0 1 2 3 4 5 6]
7  cap=8    [0 1 2 3 4 5 6 7]
8  cap=16   [0 1 2 3 4 5 6 7 8]
9  cap=16   [0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]

内置的append函数可能使用比appendInt更复杂的内存扩展策略。因此，通常我们并不知道append调用是否导致了内存的重新分配，因此我们也不能确认新的slice和原始的slice是否引用的是相同的底层数组空间。同样，我们不能确认在原先的slice上的操作是否会影响到新的slice。因此，通常是将append返回的结果直接赋值给输入的slice变量：

runes = append(runes, r)

更新slice变量不仅对调用append函数是必要的，实际上对应任何可能导致长度、容量或底层数组变化的操作都是必要的。要正确地使用slice，需要记住尽管底层数组的元素是间接访问的，但是slice对应结构体本身的指针、长度和容量部分是直接访问，要更新这些信息需要像上面例子那样一个显式的赋值操作。从这个角度看，slice并不是一个纯粹的引用类型，它实际上是一个类似下面结构体的聚合类型：

type IntSlice struct {ptr      *intlen, cap int
}

我们的appendInt函数每次只能向slice追加一个元素，但是内置的append函数则可以追加多个元素，甚至追加一个slice。

var x []int
x = append(x, 1)
x = append(x, 2, 3)
x = append(x, 4, 5, 6)
x = append(x, x...)  // append the slice
fmt.Println(x)  // [1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6]

通过下面的小修改，我们可以达到append函数类似的功能。其中在appendInt函数参数中的最后的“…”省略号表示接收变长的参数为slice。我们将在后面详细解释这个特性。

func appendInt(x []int, y ...int) []int {var z []intzlen := len(x) + len(y)copy(z[len(x):], y)return z
}

Slice内存技巧

下面介绍一些关于slice内存技巧的例子，比如旋转slice、反转slice或在slice原有内存空间修改元素。

给定一个字符串列表，下面的nonempty函数将在原有slice内存空间之上返回不包含空字符串的列表：

// Noempty is an example of an in-place slice algorithm
package mainimport "fmt"// noempty returns a slice holding only the non-empty strings
// the underlying array is modified during the callfunc noempty(strings []string) []string {i := 0for _, s := range strings {if s != " " {strings[i] = si++}}return strings[:i]
}

比较微妙的地方是，输入的slice和输出的slice共享一个底层数组。这可以避免分配另一个数组，不过原来的数据将可能会被覆盖，正如下面两个打印语句看到的那样：

data := []string{"one", "", "three"}
fmt.Printf("q\n", noempty(data))  // ["one" "three"]
fmt.Printf("q\n", data)          // ["one" "three" "three"]

因此我们通常会这样使用nonempty函数：data = nonempty(data)（append函数同理）。

nonempty函数也可以使用append函数实现：

func noempty2(string []string) []string {out := strings[:0]  // zero-len slice of originalfor _, s := range strings {if s != "" {out = append(out, s)}}return out
}

无论如何实现，以这种方式重用一个slice一般都要求最多为每个输入值产生一个输出值，事实上很多这类算法都是用来过滤或合并序列中相邻的元素。这种slice用法是比较复杂的技巧，虽然使用到了slice的一些技巧，但是对于某些场合是比较清晰和有效的。
一个slice可以用来模拟一个stack。最初给定的空slice对应一个空的stack，然后可以使用append函数将新的值压入stack：

stack = append(stack, v)  // push v

stack的顶部位置对应slice最后一个元素

top := stack[len(stack)-1] // top

通过收缩stack可以弹出栈顶的元素

stack = stack[:len(stack)-1] // pop

要删除slice中间的某个元素并保存原有的元素顺序，可以通过内置的copy函数将后面的子slice向前依次移动一位完成：

func remove(slice []int, i int) []int {copy(slice[i:], slice[i+1:])return slice[:len(slice)-1] // need to delete one elem
}func main() {s := []int{5, 6, 7, 8, 9}fmt.Println(remove(s, 2)) // [5 6 8 9]
}

如果删除元素后不用保持原来顺序的话，我们可以简单的用最后一个元素覆盖被删除的元素：

func remove(slice []int, i int) []int {slice[i] = slice[len(slice)-1]return slice[:len(silce)-1] // need to delete one elem
}func main() {s := []int{5, 6, 7, 8, 9}fmt.Println(remove(s, 2)) // [5 6 9 8]
}