【Golang】数组 && 切片

1、数组

• 基本概念

  数组是一个由固定长度的特定类型元素组成的序列，一个数组可以由零个或多个元素组成

  因为数组的长度是固定的，所以在Go语言中很少直接使用数组

• 数组初始化

  //1、默认数组中的值是类型的默认值
  var array [3]int
  //2、使用 {}将数组中的每个元素初始化
  var array [3]int = [3]int {1, 2, 3}
  //or
  array := [3]int {1, 2, 3} //推荐这种写法，书写高效方便
  //3、初始化数组中指定下标的数据
  array := [3]int {1:100} //数组内容是[0,100,0]
  //4、根据{}里面的元素数量推断数组大小
  array := [...]int {1, 2, 3, 4}
  

• 数组使用

  var array := [10]int {8:100, 1:10}
  //1、通过下标访问
  fmt.Printf("array[0] = %d", array[0])//0
  fmt.Printf("array[1] = %d", array[1])//10
  //2、简单for循环
  for i := 0; i < len(array); i++ {
      fmt.Printf("array[%d] = %d \n", i, array[i])
  }
  //3、for  range 遍历
  for k,v := range array {
      fmt.Printf("array[%d] = %d \n", k, v)
  }
  

  注意：数组的长度是初始化的时候（编译时期）就确定好了，整个生命周期内不可改变

• 数组比较

  只有两个数组类型相同（包括数组的长度，数组中元素的类型>）的情况下，我们才可以直接通过较运算符（==和!=）来判断两个数组是否相等

  只有当两个数组的所有元素都是相等的时候数组才是相等的

  不能比较两个类型不同的数组，否则程序将无法完成编译

  a := [2]int{1, 2}
  b := [...]int{1, 2}
  c := [2]int{1, 3}
  fmt.Println(a == b, a == c, b == c) // "true false false"
  d := [3]int{1, 2}
  fmt.Println(a == d) // 编译错误：无法比较 [2]int == [3]int
  

2、多维数组

• 概念理解

  多维数组本质上还是一个一维数组，只不过这个一维数组中的每个元素也是一个数组

  N维数组本质上是一个一维数组，这个一维数组的每个元素是N-1维数组，以此类推，直到访问到最底一层，能够直接处理数组中的元素

• 以二维数组为例总结使用

  二维数组是最简单的多维数组，二维数组本质上是由多个一维数组组成的

  / 声明一个二维整型数组，两个维度的长度分别是 4 和 2
  var array [4][2]int
  // 使用数组字面量来声明并初始化一个二维整型数组
  array = [4][2]int{{10, 11}, {20, 21}, {30, 31}, {40, 41}}
  // 声明并初始化数组中索引为 1 和 3 的元素
  array = [4][2]int{1: {20, 21}, 3: {40, 41}}
  // 声明并初始化数组中指定的元素
  array = [4][2]int{1: {0: 20}, 3: {1: 41}}
  

  二维数组的使用

  array := [2][2]int {{10, 30}, {-1. 90}}
  //1、使用下标访问
  fmt.Println(array[1][0]) // -1
  //2、使用 for range 遍历
  for index,value := range array{
      for k, v := range value {
          fmt.Printf("array[%d][%d] = %d \n", index, k, v)
      }
  }
  

  只要类型一致，就可以将多维数组互相赋值

  如下所示，多维数组的类型包括每一维度的长度以及存储在元素中数据的类型

  // 声明两个二维整型数组 [2]int [2]int
  var array1 [2][2]int  
  var array2 [2][2]int
  // 为array2的每个元素赋值
  array2[0][0] = 10
  array2[0][1] = 20
  array2[1][0] = 30
  array2[1][1] = 40
  // 将 array2 的值复制给 array1
  array1 = array2
  

  数组中每个元素都是一个值，所以可以独立复制某个维度

  // 将 array1 的索引为 1 的维度复制到一个同类型的新数组里
  var array3 [2]int = array1[1]
  // 将数组中指定的整型值复制到新的整型变量里
  var value int = array1[1][0]
  

3、切片

• 基本概念

  切片（Slice）与数组一样，也是可以容纳若干类型相同的元素的容器

  与数组不同的是，无法通过切片类型来确定其值的长度

  每个切片值都会将数组作为其底层数据结构，我们也把这样的数组称为切片的底层数组

  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

  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(左闭右开的区间)

  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

• 切片存在的形式

  从连续内存区域生成切片

  var a  = [3]int{1, 2, 3}
  //a[1:2] 生成了一个新的切片
  slice := a[1:2]
  fmt.Println(a, slice) // [1, 2, 3]  [2]
  

  注意事项：

  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；
  • 当缺省开始位置时，表示从连续区域开头到结束位置(a[:2])；
  • 当缺省结束位置时，表示从开始位置到整个连续区域末尾(a[0:])；
  • 两者同时缺省时，与数组本身等效(a[:])；
  • 两者同时为 0 时，等效于空切片，一般用于切片复位(a[0:0])；

  直接申明新的切片

  /*语法结构：
  	name 表示切片的变量名，Type 表示切片对应的元素类型。
  	var name []Type
  */
  
  // 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)
  

  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。

  var strList []string
  // 追加一个元素
  strList = append(strList,"golang")
  fmt.Println(strList)
  

  使用make函数构造切片

  /*
  语法结构
  	make([]Type, size, cap)
  	Type 切片的元素类型
  	size 为这个类型分配多少个元素
  	cap  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。
  */
  
  a := make([]int, 2)
  b := make([]int, 2, 10)
  fmt.Println(a, b)
  //容量不会影响当前的元素个数，因此 a 和 b 取 len 都是 2
  //但如果我们给a 追加一个 a的长度就会变为3
  fmt.Println(len(a), len(b))
  

  注意事项：

  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

  //小试牛刀
  //问：下面的代码有什么问题吗？如果没有问题，请回答输出的结果是什么？？
  var numbers4 = [...]int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}
  myslice := numbers4[4:6]
  
  fmt.Printf("myslice为 %d, 其长度为: %d\n", myslice, len(myslice))
  
  myslice = myslice[:cap(myslice)]
  
  fmt.Printf("myslice的第四个元素为: %d", myslice[3])
  

  

4、切片的复制

Go语言的内置函数 copy() 可以将一个数组切片复制到另一个数组切片中，如果加入的两个数组切片不一样大，就会按照其中较小的那个数组切片的元素个数进行复制。

/*
语法说明
	copy( destSlice, srcSlice []T) int
	srcSlice  数据来源切片
	destSlice 复制的目标（也就是将 srcSlice 复制到 destSlice）
	          目标切片必须分配过空间且足够承载复制的元素个数，并且来源和目标的类型必须一致，
	返回值    实际发生复制的元素个数
*/

slice1 := []int{1, 2, 3, 4, 5}
slice2 := []int{5, 4, 3}
copy(slice2, slice1) // 只会复制slice1的前3个元素到slice2中
copy(slice1, slice2) // 复制slice2的3个元素到slice1的前3个位置

切片的引用和复制操作对切片元素的影响

重点理解：copy底层是新开辟了空间，二者之间是独立的， 引用是公用同一块空间，一方修改会影响另一方

package main
import "fmt"
func main() {
    // 设置元素数量为1000
    const elementCount = 1000
    srcData := make([]int, elementCount)
    for i := 0; i < elementCount; i++ {
        srcData[i] = i
    }
    // 引用切片数据 切片不会因为等号操作进行元素的复制
    refData := srcData

    copyData := make([]int, elementCount)
    // 将数据复制到新的切片空间中
    copy(copyData, srcData)

    srcData[0] = 999
    // 打印引用切片的第一个元素 引用数据的第一个元素将会发生变化
    fmt.Println(refData[0])//999
    // 打印复制切片的第一个和最后一个元素 由于数据是复制的，因此不会发生变化。
    fmt.Println(copyData[0], copyData[elementCount-1])
    
    copy(copyData, srcData[4:6])
    for i := 0; i < 5; i++ {
        fmt.Printf("%d ", copyData[i])// [5, 6, 2, 3, 4]
    }
}

5、map

• 基本概念

  map 是一种无序的键值对的集合

  map 最重要的一点是通过 key 来快速检索数据，key 类似于索引，指向数据的值

  map 是一种集合，所以我们可以像迭代数组和切片那样迭代它。不过，map 是无序的，我们无法决定它的返回顺序,因为 map 是使用 hash 表来实现的

  map 是引用类型

• map的定义方式

/*[keytype] 和 valuetype 之间允许有空格。
	var mapname map[keytype]valuetype
	mapname 为 map 的变量名
	keytype 为键类型
	valuetype 是键对应的值类型
	在声明的时候不需要知道 map 的长度，因为 map 是可以动态增长的
	未初始化的 map 的值是 nil，使用函数 len() 可以获取 map 中 键值对的数目
*/
//另一种定义方式 
make(map[keytype]valuetype)
make(map[keytype]valuetype, cap)

map 可以根据新增的 key-value 动态的伸缩，因此它不存在固定长度或者最大限制，但是也可以选择标明 map 的初始容量 capacity

当 map 增长到容量上限的时候，如果再增加新的 key-value，map 的大小会自动加 1，所以出于性能的考虑，对于大的 map 或者会快速扩张的 map，即使只是大概知道容量，也最好先标明

既然一个 key 只能对应一个 value，而 value 又是一个原始类型，那么如果一个 key 要对应多个值怎么办？

答案是：使用切片

例如，当我们要处理 unix 机器上的所有进程，以父进程ID作为 key，所有的子进程（以所有子进程的 pid 组成的切片）作为 value。

通过将 value 定义为 []int 类型或者其他类型的切片，就可以优雅的解决这个问题，示例代码如下所示

mp1 := make(map[int][]int)
mp2 := make(map[int]*[]int)

• map的使用

  遍历map------使用for range的方式

  scene := make(map[string]int)
  scene["cat"] = 66
  scene["dog"] = 4
  scene["pig"] = 960
  for k, v := range scene {
      fmt.Println(k, v)
  }
  

  删除map中的某个元素

   使用 delete(map, 键)

  scene := make(map[string]int)
  // 准备map数据
  scene["cat"] = 66
  scene["dog"] = 4
  scene["pig"] = 960
  delete(scene, "dog")
  for k, v := range scene {
      fmt.Println(k, v)
  }
  

  • 线程安全的map

    上面介绍的map不是线程安全的，并发情况下读写 map 时会出现问题，代码如下：

    // 创建一个int到int的映射
    m := make(map[int]int)
    // 开启一段并发代码
    go func() {
        // 不停地对map进行写入
        for {
            m[1] = 1
        }
    }()
    // 开启一段并发代码
    go func() {
        // 不停地对map进行读取
        for {
            _ = m[1]
        }
    }()
    // 无限循环, 让并发程序在后台执行
    for {
    }
    

    运行代码会报错：fatal error: concurrent map read and map write

    错误信息显示，并发的 map 读和 map 写，也就是说使用了两个并发函数不断地对 map 进行读和写而发生了竞态问题，map 内部会对这种并发操作进行检查并提前发现

    需要并发读写时，一般的做法是加锁，但这样性能并不高，Go语言在 1.9 版本中提供了一种效率较高的并发安全的 sync.Map，sync.Map 和 map 不同，不是以语言原生形态提供，而是在 sync 包下的特殊结构

    sync.Map 有以下特性：

    • 无须初始化，直接声明即可。
    • sync.Map 不能使用 map 的方式进行取值和设置等操作，而是使用 sync.Map 的方法进行调用，Store 表示存储，Load 表示获取，Delete 表示删除。
    • 使用 Range 配合一个回调函数进行遍历操作，通过回调函数返回内部遍历出来的值，Range 参数中回调函数的返回值在需要继续迭代遍历时，返回 true，终止迭代遍历时，返回 false。

    使用示例如下：

    package main
    import (
          "fmt"
          "sync"
    )
    func main() {
        //sync.Map 不能使用 make 创建
        var scene sync.Map
        // 将键值对保存到sync.Map
        //sync.Map 将键和值以 interface{} 类型进行保存。
        scene.Store("greece", 97)
        scene.Store("london", 100)
        scene.Store("egypt", 200)
        // 从sync.Map中根据键取值
        fmt.Println(scene.Load("london"))
        // 根据键删除对应的键值对
        scene.Delete("london")
        // 遍历所有sync.Map中的键值对
        //遍历需要提供一个匿名函数，参数为 k、v，类型为 interface{}，每次 Range() 在遍历一个元素时，都会调用这个匿名函数把结果返回。
        scene.Range(func(k, v interface{}) bool {
            fmt.Println("iterate:", k, v)
            return true
        })
    }
    

6、nil

在Go语言中，布尔类型的零值（初始值）为 false，数值类型的零值为 0，字符串类型的零值为空字符串""，而指针、切片、映射、通道、函数和接口的零值则是 nil

但是go语言中的nil和其他语言的null是不同的，具体表现在：

• nil 标识符是不能比较的

package main
import (
    "fmt"
)
func main() {
    //invalid operation: nil == nil (operator == not defined on nil)
    fmt.Println(nil==nil)
}

• nil 不是关键字或保留字

//但不提倡这样做
var nil = errors.New("my god")

• nil 没有默认类型

package main
import (
    "fmt"
)
func main() {
    //error :use of untyped nil
    fmt.Printf("%T", nil)
    print(nil)
}

• 不同类型 nil 的指针是一样的

package main
import (
    "fmt"
)
func main() {
    var arr []int
    var num *int
    fmt.Printf("%p\n", arr)
    fmt.Printf("%p", num)
}

• nil 是 map、slice、pointer、channel、func、interface 的零值

package main
import (
    "fmt"
)
func main() {
    var m map[int]string
    var ptr *int
    var c chan int
    var sl []int
    var f func()
    var i interface{}
    fmt.Printf("%##v\n", m) //map[int]string(nil)
    fmt.Printf("%##v\n", ptr) //(*int)(nil)
    fmt.Printf("%##v\n", c)  //(chan int)(nil)
    fmt.Printf("%##v\n", sl) //[]int(nil)
    fmt.Printf("%##v\n", f)  //(func())(nil)
    fmt.Printf("%##v\n", i)  //<nil>
}

• 不同类型的 nil 值占用的内存大小可能是不一样的， 具体的大小取决于编译器和架构

package main
import (
    "fmt"
    "unsafe"
)
func main() {
    var p *struct{}
    fmt.Println( unsafe.Sizeof( p ) ) // 8
    var s []int
    fmt.Println( unsafe.Sizeof( s ) ) // 24
    var m map[int]bool
    fmt.Println( unsafe.Sizeof( m ) ) // 8
    var c chan string
    fmt.Println( unsafe.Sizeof( c ) ) // 8
    var f func()
    fmt.Println( unsafe.Sizeof( f ) ) // 8
    var i interface{}
    fmt.Println( unsafe.Sizeof( i ) ) // 16
}

7、new && make

make 关键字的主要作用是创建 slice、map 和 Channel 等内置的数据结构

new 的主要作用是为类型申请一片内存空间，并返回指向这片内存的指针

1. make 分配空间后，会进行初始化，new分配的空间被清零
2. new 分配返回的是指针，即类型 *Type。make 返回引用，即 Type；
3. new 可以分配任意类型的数据；