细说Go语言切片

目录

• 内部实现
• 声明切片
• 初始化数组
• 切片内存结构
• 使用切片
• 迭代切片
• 切片重组
• 在函数间传递切片
• new()和make()的区别
• 字符串、数组和切片的应用

在上一篇文章中已经了解了数组，数组有特定的用处，但是却有一些呆板(数组长度固定不可变)，所以在 go 语言的代码里并不是特别常见。接下来聊聊切片(slice)，相对的，切片却是随处可见的，go语言切片是一种建立在数组类型之上的抽象，它构建在数组之上并且提供更强大的能力和便捷。

内部实现

切片(slice)是对数组一个连续片段的引用(该数组我们称之为相关数组，通常是匿名的)，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)。这个片段可以是整个数组，或者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。切片提供了一个相关数组的动态窗口。

切片是可索引的，并且可以由 len() 函数获取长度。

给定项的切片索引可能比相关数组的相同元素的索引小。和数组不同的是，切片的长度可以在运行时修
改，最小为 0 最大为相关数组的长度:切片是一个 长度可变的数组。

切片对象非常小，是因为它是只有3个字段的数据结构：一个是指向底层数组的指针，一个是切片的长度，一个是切片的容量。这3个字段，就是go语言操作底层数组的元数据，有了它们，我们就可以任意的操作切片了。

切片提供了计算容量的函数 cap() 可以测量切片最长可以达到多少:它等于切片的长度 + 数组除切片之外的长度。如果 s 是一个切片， cap(s) 就是从 s[0] 到数组末尾的数组长度。切片的长度永远不会超过它的容量，所以对于 切片 s 来说该不等式永远成立: 0 <= len(s) <= cap(s) 。

多个切片如果表示同一个数组的片段，它们可以共享数据;因此一个切片和相关数组的其他切片是共享存储的，相反，不同的数组总是代表不同的存储。数组实际上是切片的构建块。

优点 因为切片是引用，所以它们不需要使用额外的内存并且比使用数组更有效率，所以在 go 代码中 切片比数组更常用。

声明切片

声明切片的方式和声明数组的方式差不都

//   变量名            变量类型
var variable_name = []var_type

如果切片只声明而没有初始化，那么这个切片的默认值为nil,长度为 0。

package main

import "fmt"

func main() {

    var sli []int
    if sli == nil {
        fmt.println("sli和nil相等")
    } else {
        fmt.println("sli和nil不相等")
    }
}

初始化数组

make方式创建切片，对应用类型的数据都可以使用make函数创建,该函数会返回该类型的引用。

slice := make([]int, 10, 20)

这里我们创建了一个类型为[]int,长度为10，容量为20的切片，如果不指定切片的容量，例如slice := make([]int, 10),那么该切片的容量和长度相等。

因为切片的底层是数组，所以创建切片时，如果不指定字面值的话，默认值就是数组的元素的零值。这里我们所以指定了容量是20，但是我们职能访问10个元素，因为切片的长度是10，剩下的10个元素，需要切片扩充后才可以访问。

容量必须>=长度，我们是不能创建长度大于容量的切片的。

还有一种创建切片的方式，是使用字面量，就是指定初始化的值。

slice := []int{1,2,3,4,5}

通过字面量创建切片和创建数组的方式非常像，只不过不用指定[]中的值([]里面没有...)，这时候切片的长度和容量是相等的，并且会根据我们指定的字面量推导出来。当然我们也可以像数组一样，只初始化某个索引的值：

slice := []int{4:1}

这是指定了第5个元素为1，其他元素都是默认值0。这时候切片的长度和容量也是一样的。这里再次强调一下切片和数组的微小差别。

//数组
array := [...]int{4:1}
//切片
slice := []int{4:1}

切片还有nil切片和空切片，它们的长度和容量都是0，但是它们指向底层数组的指针不一样，nil切片意味着指向底层数组的指针为nil，而空切片对应的指针是个地址。

//nil切片
var slice []int
//空切片
slice:=[]int{}

nil切片表示不存在的切片，而空切片表示一个空集合，它们各有用处。

切片另外一个用处比较多的创建是基于现有的数组或者切片创建。

slice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
slice1 := slice[:]
slice2 := slice[0:]
slice3 := slice[:5]

fmt.println(slice1)
fmt.println(slice2)
fmt.println(slice3)

基于现有的切片或者数组创建，使用[i:j]这样的操作符即可，她表示以i索引开始，到j索引结束,截取原数组或者切片，创建而成的新切片，新切片的值包含原切片的i索引，但是不包含j索引。

i如果省略，默认是0；j如果省略默认是原数组或者切片的长度,所以例子中的三个新切片的值是一样的。这里注意的是i和j都不能超过原切片或者数组的索引。

slice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
newslice := slice[1:3]

newslice[0] = 10
    
fmt.println(slice)
fmt.println(newslice)

fmt.printf("%p\n", &slice[1])
fmt.printf("%p\n", &newslice[0])

这个例子证明了，新的切片和原切片共用的是一个底层数组，所以当修改的时候，底层数组的值就会被改变，所以原切片的值也改变了。当然对于基于数组的切片也一样的。

我们基于原数组或者切片创建一个新的切片后，那么新的切片的大小和容量是多少呢？这里有个公式：

对于底层数组容量是k的切片slice[i:j]来说
长度:j-i
容量:k-i

比如我们上面的例子slice[1:3],长度就是3-1=2，容量是5-1=4。不过代码中我们计算的时候不用这么麻烦，因为go语言为我们提供了内置的len和cap函数来计算切片的长度和容量。

slice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
newslice := slice[1:3]

fmt.printf("newslice长度:%d,容量:%d",len(newslice),cap(newslice))

以上基于一个数组或者切片使用2个索引创建新切片的方法，此外还有一种3个索引的方法，第3个用来限定新切片的容量，其用法为slice[i:j:k]。

slice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
newslice := slice[1:2:3]

这样我们就创建了一个长度为2-1=1，容量为3-1=2的新切片,不过第三个索引，不能超过原切片的最大索引值5。

切片内存结构

var slice = []int{1, 2, 3, 4, 5}这样就创建了一个长度为5的数组并且创建了一个相关切片。

我们可以分析一下，上图中的切片在内存中结构

切片在内存中的组织方式实际上是一个有 3 个域的结构体:指向相关数组的指针，切片长度以及切片容量。

注意 绝对不要用指针指向 slice。切片本身已经是一个引用类型，所以它本身就是一个指针!!

正因为这样，所以我们数组首地址需要取地址符(&)，但是打印一个切片的地址的时候就不要加取地址符了。

func main() {

    arr := [...]int{1, 2, 3, 4 ,5}
    slice := []int{1, 2, 3, 4, 5}

    fmt.printf("arr的首地址为: %p\n", &arr)
    fmt.printf("slice的首地址为: %p\n", slice)

}

使用切片

使用切片，和使用数组一样，通过索引就可以获取切片对应元素的值，同样也可以修改对应元素的值。

slice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
fmt.println(slice[2]) //获取值
slice[2] = 10 //修改值
fmt.println(slice[2]) //输出10

切片只能访问到其长度内的元素，访问超过长度外的元素，会导致运行时异常，与切片容量关联的元素只能用于切片增长。

我们前面讲了，切片算是一个动态数组，所以它可以按需增长，我们使用内置append函数即可。append函数可以为一个切片追加一个元素，至于如何增加、返回的是原切片还是一个新切片、长度和容量如何改变这些细节，append函数都会帮我们自动处理。

slice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
newslice := slice[1:3]
    
newslice=append(newslice,10)
fmt.println(newslice)
fmt.println(slice)

//output
[2 3 10]
[1 2 3 10 5]

例子中，通过append函数为新创建的切片newslice,追加了一个元素10，我们发现打印的输出，原切片slice的第4个值也被改变了，变成了10。引起这种结果的原因是因为newslice有可用的容量，不会创建新的切片来满足追加，所以直接在newslice后追加了一个元素10，因为newslice和slice切片共用一个底层数组，所以切片slice的对应的元素值也被改变了。

这里newslice新追加的第3个元素，其实对应的是slice的第4个元素，所以这里的追加其实是把底层数组的第4个元素修改为10，然后把newslice长度调整为3。

如果切片的底层数组，没有足够的容量时，就会新建一个底层数组，把原来数组的值复制到新底层数组里，再追加新值，这时候就不会影响原来的底层数组了。

所以一般我们在创建新切片的时候，最好要让新切片的长度和容量一样，这样我们在追加操作的时候就会生成新的底层数组，和原有数组分离，就不会因为共用底层数组而引起奇怪问题,因为共用数组的时候修改内容，会影响多个切片。

append函数会智能的增长底层数组的容量，目前的算法是：容量小于1000个时，总是成倍的增长，一旦容量超过1000个，增长因子设为1.25，也就是说每次会增加25%的容量。

内置的append也是一个可变参数的函数，所以我们可以同时追加好几个值。

newslice=append(newslice,10,20,30)

此外，我们还可以通过...操作符，把一个切片追加到另一个切片里。

slice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
newslice := slice[1:2:3]

newslice=append(newslice,slice...)
fmt.println(newslice)
fmt.println(slice)

迭代切片

切片是一个集合，我们可以使用 for range 循环来迭代它，打印其中的每个元素以及对应的索引。

    slice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
    for i,v:=range slice{
        fmt.printf("索引:%d,值:%d\n",i,v)
    }

如果我们不想要索引，可以使用_来忽略它，这是go语言的用法，很多不需要的函数等返回值，都可以忽略。

    slice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
    for _,v:=range slice{
        fmt.printf("值:%d\n",v)
    }

这里需要说明的是range返回的是切片元素的复制，而不是元素的引用，所以这里我们修改v的值并不会改变slice切片里的值。

除了for range循环外，我们也可以使用传统的for循环，配合内置的len函数进行迭代。

    slice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
    for i := 0; i < len(slice); i++ {
        fmt.printf("值:%d\n", slice[i])
    }

切片重组

我们已经知道切片创建的时候通常比相关数组小，例如:

slice1 := make([]type, start_length, capacity)

其中 start_length 作为切片初始长度而 capacity 作为相关数组的长度。

这么做的好处是我们的切片在达到容量上限后可以扩容。改变切片长度的过程称之为切片重组 reslicing，做法如下: slice1 = slice1[0:end] ，其中 end 是新的末尾索引(即长度)。

将切片扩展 1 位可以这么做:

slice = slice[0:len(slice)+1]

切片可以反复扩展直到占据整个相关数组。

在函数间传递切片

其实无论是值类型还是引用类型，函数间的传递都是值传递，只不过值类型的数据传递是传递的是变量的值，而引用类型在函数间的传递的是变量的地址，然而这个地址其实也是一个值。

package main

import "fmt"

func main() {
    slice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
    fmt.printf("%p\n", slice)
    modify(slice)
    fmt.println(slice)
}

func modify(slice []int) {
    fmt.printf("%p\n", slice)
    slice[1] = 10
}

打印的输出如下：

0xc0000180c0
0xc0000180c0
[1 10 3 4 5]

仔细看，这两个切片的地址是一样的，所以这两个切片指向同一个内存地址。因此我们修改一个索引的值后，发现原切片的值也被修改了，说明它们共用一个底层数组。

new()和make()的区别

看起来二者没有什么区别，都在堆上分配内存，但是它们的行为不同，适用于不同的类型。

• new(t) 为每个新的类型t分配一片内存，初始化为 0 并且返回类型为*t的内存地址:这种方法 返回一个指向类型为 t，值为 0 的地址的指针，它适用于值类型如数组和结构体；它相当于 &t{}。
• make(t) 返回一个类型为 t 的初始值，它只适用于3种内建的引用类型:切片、map 和 channel

字符串、数组和切片的应用

从字符串生成字节切片

假设 s 是一个字符串(本质上是一个字节数组)，那么就可以直接通过 c := []bytes(s) 来获取一个字节的切片 c。另外，您还可以通过 copy 函数来达到相同的目的: copy(dst []byte, src string) 。

同样的，还可以使用 for-range 来获得每个元素

package main

import "fmt"

func main() {

    s := "我爱你中国"

    for _, value := range s {
        fmt.printf("%c ", value)
    }

}

输出:

我 爱 你 中 国

我们知道，unicode 字符会占用 2 个字节，有些甚至需要 3 个或者 4 个字节来进行表示。如果发现错误的 utf8 字符，则该字符会被设置为 u+fffd 并且索引向前移动一个字节。和字符串转换一样，您同样可以使用 c := []int(s) 语法，这样切片中的每个 int 都会包含对应的 unicode 代码，因为字符串中的每次字符都会对应一个整数。类似的，您也可以将字符串转换为元素类型为 rune 的切片: r := []rune(s) 。

可以通过代码 len([]rune(s)) 来获得字符串中字符的数量，但使用 utf8.runecountinstring(s) 效率会更高一点。

您还可以将一个字符串追加到某一个字符数组的尾部:

import "fmt"

func main() {

    var r []byte
    //比较适合ascii字符串，用汉字的话输出会乱码
    var s string = "i love you"

    r = append(r, s...)

    for _, v := range r {
        fmt.printf("%c ", v)
    }

}

字符串和切片的内存结构

在内存中，一个字符串实际上是一个双字结构，即一个指向实际数据的指针和记录字符串长度的整数。因为指针对用户来说是完全不可见，因此我们可以依旧把字符串看做是一个值类型，也就是一个字符数组。

字符串 string s = "hello" 和子字符串 t = s[2:3] 在内存中的结构可以用下图表示:

修改字符串中的某个字符

go 语言中的字符串是不可变的，也就是说 str[index] 这样的表达式是不可以被放在等号左侧的。如果尝试运行 str[i] = 'd' 会得到错误: cannot assign to str[i] 。

因此，您必须先将字符串转换成字节数组，然后再通过修改数组中的元素值来达到修改字符串的目的，最后将字节数组转换回字符串格式。

例如，将字符串 "hello" 转换为 "cello":

s := "hello"
c := []byte(s)
c[0] = 'c'
s2 := string(c) //s2 == "cello"

所以，您可以通过操作切片来完成对字符串的操作。