15分钟学 Go 第 14 天：切片

news2024/10/22 11:01:20

第14天：切片

学习目标

在今天的课程中，我们将学习Go语言中的切片，重点是切片的定义、使用、动态数组的特性及其在实际编程中的应用。通过实例和流程图，帮助你深入理解切片的工作原理与最佳实践。

一、切片的概念

切片是Go语言中一种重要的数据结构，提供了比数组更灵活的操作方式。切片是对数组的封装，使得数组的长度可以动态变化。

特点：

动态大小：切片的长度可以在运行时改变。
引用类型：切片是一种引用数据类型，对切片的修改会影响其底层数组。
包含指针、长度和容量：切片包含了指向底层数组的指针、切片的长度和切片的容量（可以容纳的元素个数）。

二、切片的定义与初始化

切片可以通过以下方式定义和初始化：

2.1 使用 `make()` 函数

make() 用于创建切片并分配内存：

slice := make([]int, 5) // 创建一个长度为5的整型切片

2.2 使用字面量初始化

切片可以通过字面量来直接初始化：

slice := []string{"Apple", "Banana", "Cherry"}

2.3 从数组创建切片

可以从数组中提取一个切片：

arr := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
sliceFromArr := arr[1:4] // 得到切片 [2, 3, 4]

三、切片的属性

切片有三个主要属性：

长度（Length）：切片当前包含的元素数量，可以用 len() 函数获取。
容量（Capacity）：切片可以容纳的最大元素数量，使用 cap() 函数获取。
指针（Pointer）：指向切片底层数组的首地址。

四、切片的使用

4.1 创建与访问切片

以下是一个创建和访问切片的示例代码：

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    // 使用 make 创建长度为5的整数切片
    numbers := make([]int, 5)
    fmt.Println("初始切片:", numbers) // 输出 [0 0 0 0 0]
    
    // 访问并修改切片元素
    numbers[0] = 10
    numbers[1] = 20
    fmt.Println("修改后的切片:", numbers) // 输出 [10 20 0 0 0]
}

4.2 切片的扩展

切片可以通过内置的 append() 函数动态扩展：

numbers = append(numbers, 30) // 添加一个新元素
fmt.Println("添加元素后的切片:", numbers) // 输出 [10 20 0 0 0 30]

五、切片的遍历

切片的遍历和数组类似，可以使用 for 循环和 range 来实现：

5.1 使用传统的 `for` 循环

for i := 0; i < len(numbers); i++ {
    fmt.Printf("Index: %d, Value: %d\n", i, numbers[i])
}

5.2 使用 `range` 循环

for index, value := range numbers {
    fmt.Printf("Index: %d, Value: %d\n", index, value)
}

六、切片的长度和容量

切片的长度和容量可以通过 len() 和 cap() 函数获取：

fmt.Println("切片的长度:", len(numbers)) // 输出切片当前的长度
fmt.Println("切片的容量:", cap(numbers))  // 输出切片底层数组的容量

七、切片的零值

切片的零值为 nil，表示未初始化的切片。可以通过检查切片是否为 nil 来判断切片是否已分配。

var s []int
if s == nil {
    fmt.Println("切片是 nil") // 输出 "切片是 nil"
}

八、切片的复制

切片可以使用 copy() 函数进行复制：

source := []int{1, 2, 3}
destination := make([]int, len(source))
copy(destination, source)
fmt.Println("源切片:", source)         // 输出 [1 2 3]
fmt.Println("目标切片:", destination) // 输出 [1 2 3]

九、切片的切片

切片可以从其他切片中创建新的切片：

subSlice := numbers[1:4] // 从 numbers 切割出新的切片
fmt.Println("子切片:", subSlice) // 输出 [20 0 0]

十、切片与数组的区别

特性	数组	切片
大小	固定	动态
类型	数组类型	切片类型
引用类型	值类型	引用类型
内存分配	静态	动态

十一、实际应用场景

切片在许多现实编程问题中非常有用，比如存储来自用户输入的数据、处理多个数据项等。

示例：处理用户输入的切片

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    var names []string
    var input string

    fmt.Println("输入名字（输入'结束'以退出）:")
    
    for {
        fmt.Scanln(&input)
        if input == "结束" {
            break
        }
        names = append(names, input)
    }

    fmt.Println("你输入的名字:", names)
}

十二、切片和内存

切片在动态扩展时，底层数组可能需要重新分配。Go会在运行时管理内存，当切片的容量不足时，会分配一个更大的底层数组，并将原有数据复制过去。这个过程可能会导致性能上升陡峭，因此在定义切片时可以提前设置适当的容量。

s := make([]int, 0, 10) // 指定初始容量为10
for i := 0; i < 15; i++ {
    s = append(s, i) // 会触发扩展
}

十三、常见问题解答

Q1: 切片的容量如何决定？

A: 切片的容量是由底层数组的大小决定的，初始时由 make() 指定，之后根据需要动态扩展。

Q2: 切片可以包含不同类型的元素吗？

A: 不可以，切片必须包含相同类型的元素。不同类型元素可以使用接口切片实现，但不推荐。

Q3: 增加切片元素时是否会影响性能？

A: 是的，当切片的容量不足时，重新分配底层数组和复制元素会造成性能开销，建议在初始化时根据预估大小设置切片的容量。

十四、流程图

下面是一个示例程序的运行流程图：

+--------------------+
|       main         |
+--------------------+
| Initialize slice   |
| Loop to read input |
| Append to slice    |
| Print final slice  |
+--------------------+