【Go语言】Go语言中的切片

Go语言中的切片

1.切片的定义

Go语言中，切片是一个新的数据类型数据类型，与数组最大的区别在于，切片的类型中只有数据元素的类型，而没有长度：

var slice []string = []string{"a", "b", "c"}

因此，Go语言中的切片是一个可变长度的、同一类型元素集合，切片的长度可以随着元素数量的增长而增长，但不会随着元素数量的减少而减少，但切片底层依然使用数组来管理元素，可以看作是对数组做了一层简单的封装。

创建切片的方法共有三种，分别是基于数组、切片和直接创建。

1.1 基于数组创建切片

切片可以基于一个已存在的数组创建，切片可以只使用数组的一部分元素或者全部元素，甚至可以创建一个比数组更大的切片。

// 先定义一个数组
months := [...]string{"January", "February", "March", "April", "May", "June", "July", "August", "September", "October", "November", "December"}
// 基于数组创建切片
q2 := months[3:6]     // 第二季度
summer := months[5:8] // 夏季

Go语言支持通过 array[start:end]这样的方式基于数组生成一个切片，start表示切片在数组中的下标七点，end表示切片在数组中的下表终点，两者之间的元素就是切片初始化后的元素集合，以下是几种创建切片的示例：

基于months 的所有元素创建切片（全年）
```
all := months[:]
```
基于 months 的前6个元素创建切片（上半年）
```
firsthalf := months[:6]
```
基于第6个元素开始的后的后续元素创建切片（下半年）
```
secondhalf := months[6:]
```

1.2 基于切片创建切片

类似于切片能够基于一个数组创建，切片也能够基于另一个切片创建：

firsthalf := months[:6]
q1 := firsthalf[:3]	// 基于firsthalf的前三个元素构建新切片

基于切片创建切片时，选择的元素范围可以超过所包含元素的个数，如下：

// 基于切片创建切片
firsthalf := months[:6]
q1 := firsthalf[:3]
// 可以创建超过切片的元素
q3 := q1[:12]

如上图所示，q3长度远超过q1的长度，超出的部分由原数组months中的元素进行补充，那能不能超过这个原数组的长度呢？

产生了报错，显示切片的长度为13，但是容量是12，因此这里虽然是基于切片创建切片，但其本质依旧是基于数组创建切片。

1.3 直接创建切片

创建切片并不是一定需要一个数组，Go语言的内置函数make()可以灵活地创建切片。

创建一个初始长度位5的整型切片：

mySlice := make([]int, 5)

创建一个初始长度为5，容量为10的整型切片：

mySlice2 := make([]int, 5, 10)

创建并初始化包含5个元素的数组切片（长度和容量均为5）：

// 这个语句容易和数组的初始化语句混淆
// 数组的初始化语句 array := [5]int{1,2,3,4,5}
// 这两个的区别在于切片初始化不需要指定切片长度，而数组需要指定数组长度
mySlice3 := []int{1, 2, 3, 4, 5}

和数组类型一样，所有未初始化的切片，会填充元素类型对应的零值。

实际上，使用直接方式创建切片时，Go底层还是会有一个匿名数组被创建出来，然后调用基于数组创建切片的方式返回切片，只是上层并不需要关心这个匿名数组的操作。因此，最终切片都是基于数组创建的，切片可以看作是操作数组的指针。

2 切片的遍历

前面提到，切片可以看作是数组指针，因此操作数组元素的所有方法也适用于切片，例如切片也能够使用下标获取元素，使用len()函数获取元素个数，并支持使用range关键字来快速遍历所有的元素。

传统的数组遍历方法：

for i := 0; i < len(summer); i++ {
    fmt.Println("summer[", i, "] =", summer[i]) 
}

也可以使用range关键字遍历：

for i, v := range summer { 
    fmt.Println("summer[", i, "] =", v) 
}

3 动态增加元素

切片与数组相比，优势在于支持动态增加元素，甚至能够在容量不足的情况，在切片类型中，元素个数和实际可分配的存储空间是两个不同的值，元素的个数即切片的实际长度，而可分配的存储空间就是切片的容量。

一个切片的容量初始值根据创建方式有以下两种情况：

对于基于数组和切片创建的切片而言，默认的容量是从切片起始索引到对应底层数组的结尾索引。
对于通过内置make函数创建的切片而言，在没有指定容量参数的情况下，默认容量和切片长度一致。

因此，通常情况下一个切片的长度值小于等于其容量值，能够通过Go语言内置的cap()函数和len()函数来获取某个切片的容量和实际长度：

var oldSlice = make([]int, 5, 10)
fmt.Println("len(oldSlice):", len(oldSlice))
fmt.Println("cap(oldSlice):", cap(oldSlice))

此时，切片 oldSilece 的默认值是 [0,0,0,0,0]，可以通过append()函数向切片追加新元素：

newSlice := append(oldSlice, 1, 2, 3)

append() 函数的第二个参数是一个不定参数，可以根据自己的需求添加元素（大于等于1个），也可以直接将一个切片追加到另一个切片的末尾：

slice2 := []int{1, 2, 3, 4, 5}
// 注意append()后面的...不能省略
slice3 := append(newSlice, slice2...)

4 自动扩容

如果追加的元素个数超出切片的默认容量，则底层会自动进行扩容：

oldSlice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
newSlice := append(oldSlice, 6, 7, 8, 9)
fmt.Println("oldSlice:", oldSlice, "len:", len(oldSlice), "cap:", cap(oldSlice))
fmt.Println("newSlice:", newSlice, "len:", len(newSlice), "cap:", cap(newSlice))

此时，newSlice 的长度变成了9，容量变成了10，需要注意的是 append() 函数并不会改变原来的切片，而是会生成一个容量更大的切片，然后把原有的元素和新元素一并拷贝到新切片中。

默认情况下，扩容后的新切片容量将会是原切片容量的两倍，如果还不能够容纳新元素，则按照同样的操作继续扩容，直到新切片的容量不小于原长度与要追加的元素之和。但是，当原切片的长度大于或等于1024时，Go语言会以原容量的1.25倍作为新容量的基准。

在编码中，如果能够事先预估切片的容量并在初始化时合理地设置容量值，可以大幅降低切片内部重新分配内存和搬送内存块的操作次数，从而提升程序性能。

5 内容复制

Go语言提供了内置函数copy()，用于将元素从一个切片复制到另一个切片，如果两个切片不一样大，就会按照其中较小的那个切片元素个数进行复制。

slice1 := []int{1, 2, 3, 4, 5}
slice2 := []int{6, 7, 8}
// 复制slice1到slice2，复制slice1的前三个元素到slice2中
copy(slice2, slice1)
fmt.Println("slice1:", slice1, "len:", len(slice1), "cap:", cap(slice1))
fmt.Println("slice2:", slice2, "len:", len(slice2), "cap:", cap(slice2))
slice3 := []int{1, 2, 3, 4, 5}
slice4 := []int{6, 7, 8}
fmt.Println("复制slice4到slice3")
// 复制slice4到slice3，复制slice4的所有元素到slice3的前三个元素
copy(slice3, slice4)

6 动态删除元素

切片除了支持动态增加元素之外，还可以动态删除元素，在切片中动态删除元素可以通过多种方式实现（底层是通过切片的切片实现）：

slice1 := []int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}
slice1 = slice1[:len(slice1)-5] // 删除 slice1 尾部 5 个元素
slice2 := []int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}
slice2 = slice2[5:] // 删除 slice2头部 5 个元素

还能够通过 append 实现切片元素的删除：

slice3 := []int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}
slice4 := append(slice3[:0], slice3[3:]...) // 删除开头三个元素

注意append方法的使用，如 slice4 := append(slice3[:0], slice3[3:]...) 这种方式：

slice3[:0] 创建了一个长度为 0 的切片，但底层数组仍然是 slice3 的底层数组。
slice3[3:] 创建了一个包含 slice3 从索引3开始的所有元素的切片。

append 将第一个切片的元素追加到第二个切片中，因此 slice4 包含 slice3 从索引3开始的所有元素。

这里的问题在于，由于slice4最初共享底层数组，对 slice4 的修改实际上也会影响到 slice3，从而导致 slice3 切片也发生了变化。

如果 slice4 由两个切片拼接，也会出现类似的问题，例如：

slice5 := []int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}
slice6 := []int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}
slice7 := append(slice5[:3], slice6[6:]...)

如果想要保证两个切片是完全独立的，不共享底层数组，可以使用copy函数来进行切片的删除。

使用 copy 函数进行元素的删除：

slice8 := []int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}
slice9 := make([]int, len(slice3)-3)
copy(slice9, slice3[3:]) // 删除开头前三个元素

7 数据共享问题

切片底层是基于数组实现的，对应的结构体对象如下所示：

type slice struct {
    array unsafe.Pointer //指向存放数据的数组指针
    len   int            //长度有多大
    cap   int            //容量有多大
}

在结构体中使用指针存在不同实例的数据共享问题，示例代码如下：

slice1 := []int{1, 2, 3, 4, 5}
slice2 := slice1[1:3]
slice2[1] = 6
fmt.Println("slice1:", slice1)
fmt.Println("slice2:", slice2)

slice2 是基于 slice1 创建的，它们的数组指针指向了同一个数组，因此，修改 slice2 元素会同步到 slice1，因为修改的是同一份内存数据，这就是切片的数据共享问题。

可以按照如下方式，避免切片的数据共享问题。

slice3 := make([]int, 4)
slice4 := slice3[1:3]
slice3 = append(slice3, 0)
slice3[1] = 2
slice4[1] = 6
fmt.Println("slice3:", slice3)
fmt.Println("slice4:", slice4)

虽然 slice2 是基于 slice1 创建的，但是修改 slice2 不会再同步到 slice1，因为 append 函数会重新分配新的内存，然后将结果赋值给 slice1，这样一来，slice2 会和老的 slice1 共享同一个底层数组内存，不再和新的 slice1 共享内存，也就不存在数据共享问题了。

如下代码，虽然使用了append函数，但是没有重新分配内存空间，仍然存在数据共享问题。

slice5 := make([]int, 4, 5)
slice6 := slice5[1:3]
slice5 = append(slice5, 0)
slice5[1] = 2
slice6[1] = 6

slice5 容量为5，执行 append 没有进行扩容操作。