Go 学习笔记（11）：切片

概念

切片（slice）是对数组一个连续片段的引用,，所以切片是一个引用类型（更类似于 C/C++ 中的数组，Python 中的 list ）。因为切片是引用，不需要使用额外的内存存储并且比数组更有效率，所以在 Go 中切片比数组更常用。

构成

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（注意，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，不能超过容量
容量一般是从 slice 的开始位置到底层数组的结尾位置，内置的 len 和 cap 函数分别返回 slice 的长度和容量。

创建

数组切片

Slice 本身没有数据，是对底层数组的 view。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，即一个切片和相关数组的其他切片是共享存储的。相反，不同的数组总是代表不同的存储（数组实际上是切片的构建块）。

arr := [...]int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}  // [0 1 2 3 4 5 6 7]
s := arr[2:6]                            // [2 3 4 5]// 共享存储
s[0] = 10
fmt.Println(arr)                         // [0 1 10 3 4 5 6 7]
fmt.Println((s))                         // [10 3 4 5]
复制代码

数组和 slice 之间有着紧密的联系，和数组不同的是，切片的长度可以在运行时修改，最小为 0 最大为相关数组的长度，切片是一个长度可变的数组。

声明赋值

切片与数组的类型字面量的唯一不同是不包含代表其长度的信息。因此，不同长度的切片值是有可能属于同一个类型的，不同长度的数组值必定属于不同类型。

s := []int{1, 2, 3}
复制代码

使用append

由于值传递的关系，必须接收 append 的返回值：

s = append(s, val)
s = append(s, val1，val2, val3)
s = append(s, slice...)
复制代码

var s []int
for i :=0; i<10; i++ {s = append(s, i)
}
fmt.Println(s)
复制代码

使用make

cap 是可选参数：make([]type, len, cap)

s1 := make([]int, 16)
s2 := make([]int, 10, 32)
复制代码

扩展阅读 —— new() 和 make() 的区别：两者都在堆上分配内存，但是它们的行为不同，适用于不同的类型：

new(T) 为类型 T 分配一片内存，初始化为 0 并且返回类型为 *T 的内存地址，返回一个指向类型为 T，值为 0 的地址的指针。适用于数组、结构体。
make(T) 返回一个类型为 T 的初始值，它只适用于 3 种内建的引用类型：切片、map 和 channel。

也就是说，new 函数分配内存，make 函数初始化。

特性

长度len

切片元素的个数，使用内置函数 len 获取。

容量cap

数组的容量是其长度，切片的容量是切片的第一个元素到底层数组的最后一个元素的长度。

如果切片操作超出 cap(s) 的上限将导致一个panic 异常，但是超出 len(s) 则是意味着扩展了 slice，新 slice 的长度会变大（请见添加元素 - 自动扩展cap）。

// 数组的容量是其长度
arr := [...]int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}
fmt.Println(cap(arr))  // 8// 切片的容量
arr := [...]int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}
s1 := arr[2:6]        // [2 3 4 5]
s2 := s1[3:5]         // [5 6]，注意，扩展了
fmt.Println(cap(s1))  // 6
fmt.Println(cap(s2))  // 3
复制代码

操作

添加元素

arr := [...]int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}
s1 := arr[2:6]
s2 := s1[3:5]
s3 := append(s2, 10)
s4 := append(s3, 11)
s5 := append(s4, 12)
fmt.Println(s1)    // [2 3 4 5]
fmt.Println(s2)    // [5 6]，注意，扩展了s1
fmt.Println(s3)    // [5 6 10]
fmt.Println(s4)    // [5 6 10 11]
fmt.Println(s5)    // [5 6 10 11 12]
fmt.Println(arr)   // [0 1 2 3 4 5 6 10]
复制代码

观察最后的 arr，长度仍然是 7，说明 s3 的 append 改变了原 array。s4、s5 的 append 由于超出了底层数组的容量，实际上 s3、s4 不再 view 原 arr 了，而是 view 了个新的更加长的 array。

可见，添加元素时如果超越了 cap，系统会重新分配更大的底层数组。如果原数组不再被使用，会被垃圾回收。

自动扩展 cap：

var s []intfor i :=0; i<10; i++ {s = append(s, i)fmt.Println(len(s), cap(s))
}
fmt.Println(s)// 1 1
// 2 2
// 3 4
// 4 4
// 5 8
// 6 8
// 7 8
// 8 8
// 9 16
// 10 16
// [0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]
复制代码

删除元素

删除索引为 3 的元素，也可以使用 copy 实现，见模拟stack。

arr := [...]int{0, 1, 2, 3, 4, 5}
s := arr[:]     // [0 1 2 3 4 5]s = append(s[:3], s[4:]...)
fmt.Println(s)  // [0 1 2 4 5]
复制代码

切片拷贝

copy(dst slice, src slice)：对第一个参数值进行修改。

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，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。

s1 := []int{1, 2}
s2 := []int{4, 5, 6}
copy(s1, s2)
fmt.Println(s1)  // [4 5]s1 := []int{1, 1, 1, 1}
s2 := []int{4, 5, 6}
copy(s1, s2)
fmt.Println(s1)  // [4 5 6 1]
复制代码

遍历

for-range 结构遍历切片

比较

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。

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
}
复制代码

nil

slice 唯一合法的比较操作是和 nil 比较：

if slice1 == nil { /* ... */ }
复制代码

一个零值的 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:]
一个 nil 值的 slice 的行为和其它任意 0 长度的 slice 一样，所有 Go 语言函数应该同等式对待 nil 值的 slice 和 0 长度的 slice。
如果需要测试一个 slice 是否是空的，使用 len(s) == 0 来判断，不要用 s == nil 来判断

var s1 []int
fmt.Println(len(s1), s1 == nil)    // 0 trues2 := []int{}
fmt.Println(len(s2), s2 == nil)    // 0 falses3 := []int(nil)
fmt.Println(len(s3), s3 == nil)    // 0 true
复制代码

函数传参

如果一个函数需要对数组操作，最好把参数声明为切片。当调用函数时，把数组分片，传入切片引用。

数组元素和

package mainimport "fmt"func sum(a []int) int {s := 0for i := range a {s += i}return s
}func main() {arr := [...]int{0, 1, 2, 3, 4, 5}fmt.Println(sum(arr[:]))          // 15var s1 []intfmt.Println(s1 == nil, sum(s1))   // true 0s2 := []int{}fmt.Println(s2 == nil, sum(s2))   // false 0
}复制代码

反转数组

package mainimport "fmt"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]// }for index, i := range s {s[index], s[len(s) - i - 1] = s[len(s) - i - 1], s[index]}
}func main() {arr := [...]int{0, 1, 2, 3, 4, 5}reverse(arr[:])fmt.Println(arr)var s1 []intreverse(s1)fmt.Println(s1)s2 := []int{}reverse(s2)fmt.Println(s2)
}
复制代码

应用技巧

去除空值

举个例子，去除切片中的空值。注意，输入的 slice 和输出的 slice 共享同一底层数组，这有可能修改了原来的数组。这是重用原来的 slice ，节约了内存。

package mainimport ("fmt"
)func nonempty(strings []string) []string {i := 0for _, s := range strings {if s != "" {strings[i] = si++}}return strings[:i]
}func main() {data := []string{"one", "", "three"}fmt.Printf("%q\n", nonempty(data))  // ["one" "three"]fmt.Printf("%q\n", data)            // ["one" "three" "three"]，改变原数组
}
复制代码

使用 append 函数实现：

func nonempty2(strings []string) []string {out := strings[:0]  // 注意，重用原 slice 的关键for _, s := range strings {if s != "" {out = append(out, s)}}return out
}
复制代码

模拟栈

上面的 nonempty2 函数是用 slice 模拟一个 stack，最初给定的空 slice 对应一个空的 stack：

插入元素（push）：

stack = append(stack, v)
复制代码

取出最顶部（slice的最后）的元素：

top := stack[len(stack)-1]
复制代码

通过收缩 stack 弹出栈顶的元素（pop）：

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

删除 slice 中间的某个元素并保存原有的元素顺序：

func remove(slice []int, i int) []int {copy(slice[i:], slice[i+1:])return slice[:len(slice)-1]// 或者// return append(slice[:i], slice[i+1:]...)
}
复制代码

深入理解

appendInt

append 函数对于理解 slice 底层是如何工作的非常重要。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) {// There is room to grow.  Extend the slice.z = x[:zlen]} else {// There is insufficient space.  Allocate a new array.// Grow by doubling, for amortized linear complexity.zcap := zlenif zcap < 2*len(x) {zcap = 2 * len(x)}z = make([]int, zlen, zcap)copy(z, x) // a built-in function; see text}z[len(x)] = yreturn z
}
复制代码

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
如果空间足够，直接在原有底层数组之上扩展 slice，将新添加的 y 元素复制到新扩展的空间，并返回 slice。可见，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，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
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的平均时间是一个常数时间。

append

内置的 append 函数可能比 appendInt 的内存扩展策略更复杂，通常我们并不知道 append 调用是否导致了内存的重新分配，所以也不能确认新的 slice 和原始的 slice 是否引用的是相同的底层数组空间。此时，我们就不能确认在原先的 slice 上的操作是否会影响到新的 slice。在这种情况下，通常是将 append 返回的结果直接赋值给输入的 slice 变量：s = append(s, val)。

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的。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
}
复制代码

内置的 append 函数可以追加多个元素，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 x
复制代码

修改 appendInt，实现类似 append 函数的功能：

func appendInt(x []int, y ...int) []int {var z []intzlen := len(x) + len(y)// ...expand z to at least zlen...copy(z[len(x):], y)return z
}
复制代码

参考目录

Go语言圣经中文版
Go 入门指南