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Go语言切片详解

切片(slice)是对数组的一个连续片段的引用,所以切片是一个引用类型(因此更类似于 C/C++ 中的数组类型,或者 Python 中的 list 类型),这个片段可以是整个数组,也可以是由起始和终止索引标识的一些项的子集,需要注意的是,终止索引标识的项不包括在切片内。

Go语言中切片的内部结构包含地址、大小和容量,切片一般用于快速地操作一块数据集合,如果将数据集合比作切糕的话,切片就是你要的“那一块”,切的过程包含从哪里开始(切片的起始位置)及切多大(切片的大小),容量可以理解为装切片的口袋大小,如下图所示。


图:切片结构和内存分配

从数组或切片生成新的切片

切片默认指向一段连续内存区域,可以是数组,也可以是切片本身。

从连续内存区域生成切片是常见的操作,格式如下:

slice [开始位置 : 结束位置]

语法说明如下:
  • slice:表示目标切片对象;
  • 开始位置:对应目标切片对象的索引;
  • 结束位置:对应目标切片的结束索引。

从数组生成切片,代码如下:
var a  = [3]int{1, 2, 3}
fmt.Println(a, a[1:2])
其中 a 是一个拥有 3 个整型元素的数组,被初始化为数值 1 到 3,使用 a[1:2] 可以生成一个新的切片,代码运行结果如下:

[1 2 3]  [2]

其中 [2] 就是 a[1:2] 切片操作的结果。

从数组或切片生成新的切片拥有如下特性:
  • 取出的元素数量为:结束位置 - 开始位置;
  • 取出元素不包含结束位置对应的索引,切片最后一个元素使用 slice[len(slice)] 获取;
  • 当缺省开始位置时,表示从连续区域开头到结束位置;
  • 当缺省结束位置时,表示从开始位置到整个连续区域末尾;
  • 两者同时缺省时,与切片本身等效;
  • 两者同时为 0 时,等效于空切片,一般用于切片复位。

根据索引位置取切片 slice 元素值时,取值范围是(0~len(slice)-1),超界会报运行时错误,生成切片时,结束位置可以填写 len(slice) 但不会报错。

下面通过实例来熟悉切片的特性。

1) 从指定范围中生成切片

切片和数组密不可分,如果将数组理解为一栋办公楼,那么切片就是把不同的连续楼层出租给使用者,出租的过程需要选择开始楼层和结束楼层,这个过程就会生成切片,示例代码如下:
var highRiseBuilding [30]int

for i := 0; i < 30; i++ {
        highRiseBuilding[i] = i + 1
}

// 区间
fmt.Println(highRiseBuilding[10:15])

// 中间到尾部的所有元素
fmt.Println(highRiseBuilding[20:])

// 开头到中间指定位置的所有元素
fmt.Println(highRiseBuilding[:2])
代码输出如下:

[11 12 13 14 15]
[21 22 23 24 25 26 27 28 29 30]
[1 2]

代码中构建了一个 30 层的高层建筑,数组的元素值从 1 到 30,分别代表不同的独立楼层,输出的结果是不同的租售方案。

代码说明如下:
  • 第 8 行,尝试出租一个区间楼层。
  • 第 11 行,出租 20 层以上。
  • 第 14 行,出租 2 层以下,一般是商用铺面。

切片有点像C语言里的指针,指针可以做运算,但代价是内存操作越界,切片在指针的基础上增加了大小,约束了切片对应的内存区域,切片使用中无法对切片内部的地址和大小进行手动调整,因此切片比指针更安全、强大。

2) 表示原有的切片

生成切片的格式中,当开始和结束位置都被忽略时,生成的切片将表示和原切片一致的切片,并且生成的切片与原切片在数据内容上也是一致的,代码如下:
a := []int{1, 2, 3}
fmt.Println(a[:])
a 是一个拥有 3 个元素的切片,将 a 切片使用 a[:] 进行操作后,得到的切片与 a 切片一致,代码输出如下:

[1 2 3]

3) 重置切片,清空拥有的元素

把切片的开始和结束位置都设为 0 时,生成的切片将变空,代码如下:
a := []int{1, 2, 3}
fmt.Println(a[0:0])
代码输出如下:

[]

直接声明新的切片

除了可以从原有的数组或者切片中生成切片外,也可以声明一个新的切片,每一种类型都可以拥有其切片类型,表示多个相同类型元素的连续集合,因此切片类型也可以被声明,切片类型声明格式如下:

var name []Type

其中 name 表示切片的变量名,Type 表示切片对应的元素类型。

下面代码展示了切片声明的使用过程:
// 声明字符串切片
var strList []string

// 声明整型切片
var numList []int

// 声明一个空切片
var numListEmpty = []int{}

// 输出3个切片
fmt.Println(strList, numList, numListEmpty)

// 输出3个切片大小
fmt.Println(len(strList), len(numList), len(numListEmpty))

// 切片判定空的结果
fmt.Println(strList == nil)
fmt.Println(numList == nil)
fmt.Println(numListEmpty == nil)
代码输出结果:

[] [] []
0 0 0
true
true
false

代码说明如下:
  • 第 2 行,声明一个字符串切片,切片中拥有多个字符串。
  • 第 5 行,声明一个整型切片,切片中拥有多个整型数值。
  • 第 8 行,将 numListEmpty 声明为一个整型切片,本来会在{}中填充切片的初始化元素,这里没有填充,所以切片是空的,但是此时的 numListEmpty 已经被分配了内存,只是还没有元素。
  • 第 11 行,切片均没有任何元素,3 个切片输出元素内容均为空。
  • 第 14 行,没有对切片进行任何操作,strList 和 numList 没有指向任何数组或者其他切片。
  • 第 17 行和第 18 行,声明但未使用的切片的默认值是 nil,strList 和 numList 也是 nil,所以和 nil 比较的结果是 true。
  • 第 19 行,numListEmpty 已经被分配到了内存,但没有元素,因此和 nil 比较时是 false。

切片是动态结构,只能与 nil 判定相等,不能互相判定相等。

声明新的切片后,可以使用 append() 函数向切片中添加元素。

使用 make() 函数构造切片

如果需要动态地创建一个切片,可以使用 make() 内建函数,格式如下:

make( []Type, size, cap )

其中 Type 是指切片的元素类型,size 指的是为这个类型分配多少个元素,cap 为预分配的元素数量,这个值设定后不影响 size,只是能提前分配空间,降低多次分配空间造成的性能问题。

示例如下:
a := make([]int, 2)
b := make([]int, 2, 10)

fmt.Println(a, b)
fmt.Println(len(a), len(b))
代码输出如下:

[0 0] [0 0]
2 2

其中 a 和 b 均是预分配 2 个元素的切片,只是 b 的内部存储空间已经分配了 10 个,但实际使用了 2 个元素。

容量不会影响当前的元素个数,因此 a 和 b 取 len 都是 2。

温馨提示

使用 make() 函数生成的切片一定发生了内存分配操作,但给定开始与结束位置(包括切片复位)的切片只是将新的切片结构指向已经分配好的内存区域,设定开始与结束位置,不会发生内存分配操作。

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