GoLong的学习之路（七）语法之slice（切片）

书接上回，上回书中写道：指针，并说明了基本引用类型分配内存new和特定情况下slice（切片），map，channel等集合函数的内存分配make。这篇文章就开始说明，slice。

文章目录

slice（切片）
- 切片（Slice）的定义：
- - 部分切片表达式
  - 完整切片表达式
- make函数构造切片
- 切片的本质
- - 切片之间不能直接比较
  - 切片的赋值拷贝
  - - 使用copy()函数复制切片
  - 切片遍历
  - append()方法为切片添加元素
- 切片的扩容策略

slice（切片）

slice的出现更像是为了解决，数组的一些局限性问题，比如在数组那个章节里说到，数组的长度在定义好后，是无法改变的。比如一个只能放3个元素的数组，我们想放四个元素此时就坐蜡了。当然也不是没有手段。（在c语言中提供了拷贝和扩充内存空间）

但是这样就复杂了。所以为了应对这样的情况。Go就推出了一个集合函数slice。

切片（Slice）的定义：

切片（Slice）是一个拥有相同类型元素的可变长度的序列。它是基于数组类型做的一层封装。它非常灵活，支持自动扩容。

切片是一个引用类型，它的内部结构包含地址、长度和容量。切片一般用于快速地操作一块数据集合。

切片的声明格式：

var name []T

name：表示变量名
T：表示切片中的元素类型

func main() {
	// 声明切片类型
	var a []string              //声明一个字符串切片
	var b = []int{}             //声明一个整型切片并初始化
	var c = []bool{false, true} //声明一个布尔切片并初始化
	var d = []bool{false, true} //声明一个布尔切片并初始化
	fmt.Println(a)              //[]
	fmt.Println(b)              //[]
	fmt.Println(c)              //[false true]
	fmt.Println(a == nil)       //true
	fmt.Println(b == nil)       //false
	fmt.Println(c == nil)       //false
	// fmt.Println(c == d)   //切片是引用类型，不支持直接比较，只能和nil比较
}

切片的定义方式与数组的定义方式的区别在于，数组在初始化的时候我们将一个具体大小给他设定了，而切片没有定义大小。

数组：
在这里插入图片描述
切片：

切片拥有自己的长度和容量，我们可以通过使用内置的len()函数求长度，使用内置的cap()函数求切片的容量。

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。

注意：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。这里就要涉及原理了

例子：我们用一个数组表示一个年的月份

func main() {
	mouths := [...]string{1: "January", 12: "December"}//比较懒，中间有些月份就不写了。
	fmt.Println(len(mouths))
	fmt.Println(cap(mouths))
}

在这里插入图片描述

可以看见，如果按照数组的定义，我们的元素个数只有两个，但是在这里元素个数有13个，而这些未被定义的位置上的元素会默认为0。

在这里插入图片描述

//这个是一个slice
Q2 := months[4:7]
//这个是一个slice
summer := months[6:9]
fmt.Println(Q2)     // ["April" "May" "June"]
fmt.Println(summer) // ["June" "July" "August"]

此时就重叠了。

它们都写作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，因此切片操作对应常量时间复杂度。

总结一下slice的表达式：

部分切片表达式

func main() {
	a := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
	s := a[1:3]  // s := a[low:high]
	fmt.Printf("s:%v len(s):%v cap(s):%v\n", s, len(s), cap(s))
}

切片的底层就是一个数组，所以我们可以基于数组通过切片表达式得到切片。切片表达式中的low和high表示一个索引范围（左包含，右不包含），也就是下面代码中从数组a中选出1<=索引值<4的元素组成切片s，得到的切片长度=high-low，容量等于得到的切片的底层数组的容量。

a[ low : high ]

a[2:]  // 等同于 a[2:len(a)]
a[:3]  // 等同于 a[0:3]
a[:]   // 等同于 a[0:len(a)]

对于数组或字符串，如果0 <= low <= high <= len(a)，则索引合法，否则就会索引越界（out of range）。常量索引必须是非负的。

完整切片表达式

对于数组，指向数组的指针，或切片a(注意不能是字符串)支持完整切片表达式：

a[low : high : max]

func main() {
	a := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
	t := a[1:3:5]
	fmt.Printf("t:%v len(t):%v cap(t):%v\n", t, len(t), cap(t))
}

结果是

t:[2 3] len(t):2 cap(t):4

完整切片表达式需要满足的条件是0 <= low <= high <= max <= cap(a)，其他条件和简单切片表达式相同。

make函数构造切片

我们上面都是基于数组来创建的切片，如果需要动态的创建一个切片，我们就需要使用内置的make()函数。

make([]T, size, cap)

T:切片的元素类型

size:切片中元素的数量

cap:切片的容量

func main() {
	a := make([]int, 2, 10)
	fmt.Println(a)
	fmt.Println(len(a))
	fmt.Println(cap(a))

}

在这里插入图片描述

切片的本质

切片的本质就是对底层数组的封装，它包含了三个信息：底层数组的指针、切片的长度（len）和切片的容量（cap）。

举个例子：

现在有一个数组a := [8]int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}，切片s1 := a[:5]，此时的绘图为：

在这里插入图片描述
注意：要检查切片是否为空，请始终使用len(s) == 0来判断，而不应该使用s == nil来判断

切片之间不能直接比较

切片之间是不能比较的，我们不能使用==操作符来判断两个切片是否含有全部相等元素。（引用类型怎么能直接比较哦，反正java都需要重写equst）

切片唯一合法的比较操作是和nil比较。

切片唯一合法的比较操作是和nil比较。一个nil值的切片并没有底层数组，一个nil值的切片的长度和容量都是0。但是我们不能说一个长度和容量都是0的切片一定是nil。

var s1 []int         //len(s1)=0;cap(s1)=0;s1==nil
s2 := []int{}        //len(s2)=0;cap(s2)=0;s2!=nil
s3 := make([]int, 0) //len(s3)=0;cap(s3)=0;s3!=nil

切片的赋值拷贝

拷贝前后两个变量共享底层数组，对一个切片的修改会影响另一个切片的内容。（深拷贝）

func main() {
	s1 := make([]int, 3) //[0 0 0]
	s2 := s1             //将s1直接赋值给s2，s1和s2共用一个底层数组
	s2[0] = 100
	fmt.Println(s1) //[100 0 0]
	fmt.Println(s2) //[100 0 0]
}

使用copy()函数复制切片

由于切片是引用类型：所以s1和s2其实都指向了同一块内存地址。修改s2的同时s1的值也会发生变化。

Go语言内建的copy()函数可以迅速地将一个切片的数据复制到另外一个切片空间中.

copy(destSlice, srcSlice []T)

srcSlice: 数据来源切片
destSlice: 目标切片

func main() {
	// copy()复制切片
	a := []int{1, 2, 3, 4, 5}
	c := make([]int, 5, 5)
	copy(c, a)     //使用copy()函数将切片a中的元素复制到切片c
	fmt.Println(a) //[1 2 3 4 5]
	fmt.Println(c) //[1 2 3 4 5]
	c[0] = 1000
	fmt.Println(a) //[1 2 3 4 5]
	fmt.Println(c) //[1000 2 3 4 5]
}

切片遍历

切片的遍历方式和数组是一致的，支持索引遍历和for range遍历。

func main() {
	s := []int{1, 3, 5}

	for i := 0; i < len(s); i++ {
		fmt.Println(i, s[i])
	}
	for index, value := range s {
		fmt.Println(index, value)
	}
}

append()方法为切片添加元素

Go语言的内建函数append()可以为切片动态添加元素。

func main(){
	var s []int
	s = append(s, 1)        // [1]
	s = append(s, 2, 3, 4)  // [1 2 3 4]
	s2 := []int{5, 6, 7}  
	s = append(s, s2...)    // [1 2 3 4 5 6 7]
}

通过var声明的零值切片可以在append()函数直接使用，无需初始化

var s []int
s = append(s, 1, 2, 3)

每个切片会指向一个底层数组，这个数组的容量够用就添加新增元素。当底层数组不能容纳新增的元素时，切片就会自动按照一定的策略进行“扩容”，此时该切片指向的底层数组就会更换。“扩容”操作往往发生在append()函数调用时，所以我们通常都需要用原变量接收append函数的返回值。

func main() {
	//append()添加元素和切片扩容
	var numSlice []int
	for i := 0; i < 10; i++ {
		numSlice = append(numSlice, i)
		fmt.Printf("%v  len:%d  cap:%d  ptr:%p\n", numSlice, len(numSlice), cap(numSlice), numSlice)
	}
}

在这里插入图片描述

append()函数将元素追加到切片的最后并返回该切片。
切片numSlice的容量按照1，2，4，8，16这样的规则自动进行扩容，每次扩容后都是扩容前的2倍

切片的扩容策略

此处放出主要逻辑的源码：1.19

newcap := old.cap
	doublecap := newcap + newcap
	if cap > doublecap {
		newcap = cap
	} else {
		const threshold = 256
		if old.cap < threshold {
			newcap = doublecap
		} else {
			// Check 0 < newcap to detect overflow
			// and prevent an infinite loop.
			for 0 < newcap && newcap < cap {
				// Transition from growing 2x for small slices
				// to growing 1.25x for large slices. This formula
				// gives a smooth-ish transition between the two.
				newcap += (newcap + 3*threshold) / 4
			}
			// Set newcap to the requested cap when
			// the newcap calculation overflowed.
			if newcap <= 0 {
				newcap = cap
			}
		}
	}

首先判断，如果新申请容量（cap）大于2倍的旧容量（old.cap），最终容量（newcap）就是新申请的容量（cap）。
否则判断，如果旧切片的长度小于256，则最终容量(newcap)就是旧容量(old.cap)的两倍，即（newcap=doublecap）
否则判断，如果旧切片长度大于等于256，则最终容量（newcap）从旧容量（old.cap）开始循环增加原来的1/4，即（newcap=old.cap,for {newcap += (newcap + 3*threshold) / 4}）直到最终容量（newcap）大于等于新申请的容量(cap)，即（newcap >= cap）
如果最终容量（cap）计算值溢出，则最终容量（cap）就是新申请容量（cap）

需要注意的是，切片扩容还会根据切片中元素的类型不同而做不同的处理，比如int和string类型的处理方式就不一样。