Go切片slice實例分析

本文小編為大家詳細介紹“Go切片slice實例分析”，內容詳細，步驟清晰，細節處理妥當，希望這篇“Go切片slice實例分析”文章能幫助大家解決疑惑，下面跟著小編的思路慢慢深入，一起來學習新知識吧。

slice表示切片(分片)，例如對一個數組進行切片，取出數組中的一部分值。在現代編程語言中，slice(切片)幾乎成為一種必備特性，它可以從一個數組(列表)中取出任意長度的子數組(列表)，為操作數據結構帶來非常大的便利性，如python、perl等都支持對數組的slice操作，甚至perl還支持對hash數據結構的slice。

但Go中的slice和這些語言的slice不太一樣，前面所說的語言中，slice是一種切片的操作，切片后返回一個新的數據對象。而Go中的slice不僅僅是一種切片動作，還是一種數據結構(就像數組一樣)。

slice的存儲結構

Go中的slice依賴于數組，它的底層就是數組，所以數組具有的優點，slice都有。且slice支持可以通過append向slice中追加元素，長度不夠時會動態擴展，通過再次slice切片，可以得到得到更小的slice結構，可以迭代、遍歷等。

實際上slice是這樣的結構：先創建一個有特定長度和數據類型的底層數組，然后從這個底層數組中選取一部分元素，返回這些元素組成的集合(或容器)，并將slice指向集合中的第一個元素。換句話說，slice自身維護了一個指針屬性，指向它底層數組中的某些元素的集合。

例如，初始化一個slice數據結構：

my_slice := make([]int, 3，5)

// 輸出slice
fmt.Println(my_slice)    // 輸出：[0 0 0]

這表示先聲明一個長度為5、數據類型為int的底層數組，然后從這個底層數組中從前向后取3個元素(即index從0到2)作為slice的結構。

如下圖：

每一個slice結構都由3部分組成：容量(capacity)、長度(length)和指向底層數組某元素的指針，它們各占8字節(1個機器字長，64位機器上一個機器字長為64bit，共8字節大小，32位架構則是32bit，占用4字節)，所以任何一個slice都是24字節(3個機器字長)。

• Pointer：表示該slice結構從底層數組的哪一個元素開始，該指針指向該元素

• Capacity：即底層數組的長度，表示這個slice目前最多能擴展到這么長

• Length：表示slice當前的長度，如果追加元素，長度不夠時會擴展，最大擴展到Capacity的長度(不完全準確，后面數組自動擴展時解釋)，所以Length必須不能比Capacity更大，否則會報錯

對上面創建的slice來說，它的長度為3，容量為5，指針指向底層數組的index=0。

可以通過len()函數獲取slice的長度，通過cap()函數獲取slice的Capacity。

my_slice := make([]int,3,5)

fmt.Println(len(my_slice))  // 3
fmt.Println(cap(my_slice))  // 5

還可以直接通過print()或println()函數去輸出slice，它將得到這個slice結構的屬性值，也就是length、capacity和pointer：

my_slice := make([]int,3,5)
println(my_slice)      // [3/5]0xc42003df10

[3/5]表示length和capacity，0xc42003df10表示指向的底層數組元素的指針。

務必記住slice的本質是[x/y]0xADDR，記住它將在很多地方有助于理解slice的特性。另外，個人建議，雖然slice的本質不是指針，但仍然可以將它看作是一種包含了另外兩種屬性的不純粹的指針，也就是說，直接認為它是指針。其實不僅slice如此，map也如此。

創建、初始化、訪問slice

有幾種創建slice數據結構的方式。

一種是使用make()：

// 創建一個length和capacity都等于5的slice
slice := make([]int,5)

// length=3,capacity=5的slice
slice := make([]int,3,5)

make()比new()函數多一些操作，new()函數只會進行內存分配并做默認的賦0初始化，而make()可以先為底層數組分配好內存，然后從這個底層數組中再額外生成一個slice并初始化。另外，make只能構建slice、map和channel這3種結構的數據對象，因為它們都指向底層數據結構，都需要先為底層數據結構分配好內存并初始化。

還可以直接賦值初始化的方式創建slice：

// 創建長度和容量都為4的slice，并初始化賦值
color_slice := []string{"red","blue","black","green"}

// 創建長度和容量為100的slice，并為第100個元素賦值為3
slice := []int{99:3}

注意區分array和slice：

// 創建長度為3的int數組
array := [3]int{10, 20, 30}

// 創建長度和容量都為3的slice
slice := []int{10, 20, 30}

由于slice底層是數組，所以可以使用索引的方式訪問slice，或修改slice中元素的值：

// 創建長度為5、容量為5的slice
my_slice := []int{11,22,33,44,55}

// 訪問slice的第2個元素
print(my_slice[1])

// 修改slice的第3個元素的值
my_slice[2] = 333

由于slice的底層是數組，所以訪問my_slice[1]實際上是在訪問它的底層數組的對應元素。slice能被訪問的元素只有length范圍內的元素，那些在length之外，但在capacity之內的元素暫時還不屬于slice，只有在slice被擴展時(見下文append)，capacity中的元素才被納入length，才能被訪問。

nil slice和空slice

當聲明一個slice，但不做初始化的時候，這個slice就是一個nil slice。

// 聲明一個nil slice
var nil_slice []int

nil slice表示它的指針為nil，也就是這個slice不會指向哪個底層數組。也因此，nil slice的長度和容量都為0。

|--------|---------|----------|
|  nil   |   0     |     0    |
|  ptr   | Length  | Capacity |
|--------|---------|----------|

還可以創建空slice(Empty Slice)，空slice表示長度為0，容量為0，但卻有指向的slice，只不過指向的底層數組暫時是長度為0的空數組。

// 使用make創建
empty_slice := make([]int,0)

// 直接創建
empty_slice := []int{}

Empty Slice的結構如下：

|--------|---------|----------|
|  ADDR  |   0     |     0    |
|  ptr   | Length  | Capacity |
|--------|---------|----------|

雖然nil slice和Empty slice的長度和容量都為0，輸出時的結果都是[]，且都不存儲任何數據，但它們是不同的。nil slice不會指向底層數組，而空slice會指向底層數組，只不過這個底層數組暫時是空數組。

可以使用println()來輸出驗證：

package main

func main() {
    var nil_s []int
    empty_s:= []int{}
    println(nil_s)
    println(empty_s)
}

輸出結果：

[0/0]0x0
[0/0]0xc042085f50

當然，無論是nil slice還是empty slice，都可以對它們進行操作，如append()函數、len()函數和cap()函數。

對slice進行切片

可以從slice中繼續切片生成一個新的slice，這樣能實現slice的縮減。

對slice切片的語法為：

SLICE[A:B]
SLICE[A:B:C]

其中A表示從SLICE的第幾個元素開始切，B控制切片的長度(B-A)，C控制切片的容量(C-A)，如果沒有給定C，則表示切到底層數組的最尾部。

還有幾種簡化形式：

SLICE[A:]  // 從A切到最尾部
SLICE[:B]  // 從最開頭切到B(不包含B)
SLICE[:]   // 從頭切到尾，等價于復制整個SLICE

例如：

my_slice := []int{11,22,33,44,55}

// 生成新的slice，從第二個元素取，切取的長度為2
new_slice := my_slice[1:3]

注意，截取時"左閉右開"。所以上面new_slice是從my_slice的index=1開始截取，截取到index=3為止，但不包括index=3這個元素。所以，新的slice是由my_slice中的第2個元素、第3個元素組成的新的數據結構，長度為2。

以下是slice切片生成新的slice后的結構：

不難發現，一個底層數組，可以生成無數個slice，且對于new_slice而言，它并不知道底層數組index=0的那個元素。

還可以控制切片時新slice的容量：

my_slice := []int{11,22,33,44,55}

// 從第二個元素取，切取的長度為2，容量也為2
new_slice := my_slice[1:3:3]

這時新slice的length等于capacity，底層數組的index=4、5將對new_slice永不可見，即使后面對new_slice進行append()導致底層數組擴容也仍然不可見。具體見下文。

由于多個slice共享同一個底層數組，所以當修改了某個slice中的元素時，其它包含該元素的slice也會隨之改變，因為slice只是一個指向底層數組的指針(只不過這個指針不純粹，多了兩個額外的屬性length和capacity)，實際上修改的是底層數組的值，而底層數組是被共享的。

當同一個底層數組有很多slice的時候，一切將變得混亂不堪，因為我們不可能記住誰在共享它，通過修改某個slice的元素時，將也會影響那些可能我們不想影響的slice。所以，需要一種特性，保證各個slice的底層數組互不影響，相關內容見下面的"擴容"。

copy()函數

可以將一個slice拷貝到另一個slice中。

$ go doc builtin copy
func copy(dst, src []Type) int

這表示將src slice拷貝到dst slice，src比dst長，就截斷，src比dst短，則只拷貝src那部分。

copy的返回值是拷貝成功的元素數量，所以也就是src slice或dst slice中最小的那個長度。

例如：

s1 := []int{11, 22, 33}
s2 := make([]int, 5)
s3 := make([]int,2)

num := copy(s2, s1)
copy(s3,s1)

fmt.Println(num)   // 3
fmt.Println(s2)    // [11,22,33,0,0]
fmt.Println(s3)    // [11,22]

此外，copy還能將字符串拷貝到byte slice中，因為字符串實際上就是[]byte。

func main() {
	s1 := []byte("Hello")
	num := copy(s1, "World")
	fmt.Println(num)
	fmt.Println(s1)    // 輸出[87 111 114 108 100 32]
	fmt.Println(string(s1))  //輸出"World"
}

append()函數

可以使用append()函數對slice進行擴展，因為它追加元素到slice中，所以一定會增加slice的長度。

但必須注意，append()的結果必須被使用。所謂被使用，可以將其輸出、可以賦值給某個slice。如果將append()放在空上下文將會報錯：append()已評估，但未使用。同時這也說明，append()返回一個新的slice，原始的slice會保留不變。

例如：

my_slice := []int{11,22,33,44,55}
new_slice := my_slice[1:3]

// append()追加一個元素2323，返回新的slice
app_slice := append(new_slice,2323)

上面的append()在new_slice的后面增加了一個元素2323，所以app_slice[2]=2323。但因為這些slice共享同一個底層數組，所以2323也會反映到其它slice中。

現在的數據結構圖如下：

當然，如果append()的結果重新賦值給new_slice，則new_slice會增加長度。

同樣，由于string的本質是[]byte，所以string可以append到byte slice中：

s1 := []byte("Hello")
s2 := append(s1, "World"...)
fmt.Println(string(s2))   // 輸出：HelloWorld

擴容

當slice的length已經等于capacity的時候，再使用append()給slice追加元素，會自動擴展底層數組的長度。

底層數組擴展時，會生成一個新的底層數組。所以舊底層數組仍然會被舊slice引用，新slice和舊slice不再共享同一個底層數組。

func main() {
    my_slice := []int{11,22,33,44,55}
    new_slice := append(my_slice,66)

    my_slice[3] = 444   // 修改舊的底層數組

    fmt.Println(my_slice)   // [11 22 33 444 55]
    fmt.Println(new_slice)  // [11 22 33 44 55 66]

    fmt.Println(len(my_slice),":",cap(my_slice))     // 5:5
    fmt.Println(len(new_slice),":",cap(new_slice))   // 6:10
}

從上面的結果上可以發現，底層數組被擴容為10，且是新的底層數組。

實際上，當底層數組需要擴容時，會按照當前底層數組長度的2倍進行擴容，并生成新數組。如果底層數組的長度超過1000時，將按照25%的比率擴容，也就是1000個元素時，將擴展為1250個，不過這個增長比率的算法可能會隨著go版本的遞進而改變。

實際上，上面的說法應該改一改：當capacity需要擴容時，會按照當前capacity的2倍對數組進行擴容。或者說，是按照slice的本質[x/y]0xADDR的容量y來判斷如何擴容的。之所以要特別強調這兩種不同，是因為很容易搞混。

例如，擴容的對象是底層數組的真子集時：

my_slice := []int{11,22,33,44,55}

// 限定長度和容量，且讓長度和容量相等
new_slice := my_slice[1:3:3]   // [22 33]

// 擴容
app_slice := append(new_slice,4444)

上面的new_slice的容量為2，并沒有對應到底層數組的最結尾，所以new_slice是my_slice的一個真子集。這時對new_slice擴容，將生成一個新的底層數組，新的底層數組容量為4，而不是10。如下圖：

因為創建了新的底層數組，所以修改不同的slice，將不會互相影響。為了保證每次都是修改各自的底層數組，通常會切出僅一個長度、僅一個容量的新slice，這樣只要對它進行任何一次擴容，就會生成一個新的底層數組，從而讓每個slice的底層數組都獨立。

my_slice := []int{11,22,33,44,55}

new_slice := my_slice[2:3:3]
app_slice := append(new_slice,3333)

事實上，這還是會出現共享的幾率，因為沒有擴容時，那個唯一的元素仍然是共享的，修改它肯定會影響至少1個slice，只有切出長度為0，容量為0的slice，才能完全保證獨立性，但這和新創建一個slice沒有區別。

合并slice

slice和數組其實一樣，都是一種值，可以將一個slice和另一個slice進行合并，生成一個新的slice。

合并slice時，只需將append()的第二個參數后加上...即可，即append(s1,s2...)表示將s2合并在s1的后面，并返回新的slice。

s1 := []int{1,2}
s2 := []int{3,4}

s3 := append(s1,s2...)

fmt.Println(s3)  // [1 2 3 4]

注意append()最多允許兩個參數，所以一次性只能合并兩個slice。但可以取巧，將append()作為另一個append()的參數，從而實現多級合并。例如，下面的合并s1和s2，然后再和s3合并，得到s1+s2+s3合并后的結果。

sn := append(append(s1,s2...),s3...)

slice遍歷迭代

slice是一個集合，所以可以進行迭代。

range關鍵字可以對slice進行迭代，每次返回一個index和對應的元素值。可以將range的迭代結合for循環對slice進行遍歷。

package main

func main() {
    s1 := []int{11,22,33,44}
    for index,value := range s1 {
        println("index:",index," , ","value",value)
    }
}

輸出結果：

index: 0  ,  value 11
index: 1  ,  value 22
index: 2  ,  value 33
index: 3  ,  value 44

傳遞slice給函數

前面說過，雖然slice實際上包含了3個屬性，它的數據結構類似于[3/5]0xc42003df10，但仍可以將slice看作一種指針。這個特性直接體現在函數參數傳值上。

Go中函數的參數是按值傳遞的，所以調用函數時會復制一個參數的副本傳遞給函數。如果傳遞給函數的是slice，它將復制該slice副本給函數，這個副本實際上就是[3/5]0xc42003df10，所以傳遞給函數的副本仍然指向源slice的底層數組。

換句話說，如果函數內部對slice進行了修改，有可能會直接影響函數外部的底層數組，從而影響其它slice。但并不總是如此，例如函數內部對slice進行擴容，擴容時生成了一個新的底層數組，函數后續的代碼只對新的底層數組操作，這樣就不會影響原始的底層數組。

例如：

package main

import "fmt"

func main() {
    s1 := []int{11, 22, 33, 44}
    foo(s1)
    fmt.Println(s1[1])     // 輸出：23
}

func foo(s []int) {
    for index, _ := range s {
        s[index] += 1
    }
}

上面將輸出23，因為foo()直接操作原始的底層數組，對slice的每個元素都加1。

slice和內存浪費問題

由于slice的底層是數組，很可能數組很大，但slice所取的元素數量卻很小，這就導致數組占用的絕大多數空間是被浪費的。

特別地，垃圾回收器(GC)不會回收正在被引用的對象，當一個函數直接返回指向底層數組的slice時，這個底層數組將不會隨函數退出而被回收，而是因為slice的引用而永遠保留，除非返回的slice也消失。

因此，當函數的返回值是一個指向底層數組的數據結構時(如slice)，應當在函數內部將slice拷貝一份保存到一個使用自己底層數組的新slice中，并返回這個新的slice。這樣函數一退出，原來那個體積較大的底層數組就會被回收，保留在內存中的是小的slice。

讀到這里，這篇“Go切片slice實例分析”文章已經介紹完畢，想要掌握這篇文章的知識點還需要大家自己動手實踐使用過才能領會，如果想了解更多相關內容的文章，歡迎關注億速云行業資訊頻道。