Golang 入门笔记 -05- 数组和切片

数组

初始化

数组可以保存指定长度的多个数据，且这些数据的类型都相同，数据类型可以是原始类型，如整型和字符串等，也可以是自定义类型。

数组通过索引来访问元素，索引从 0 开始，第一个元素的索引为 0，第二个为 1，依此类推。

在 Go 语言中声明数组的格式为：

var variable [len]type

例如，声明名称为 arr1，长度和类型分别为 5 和 int 的数组：

var arr1 [5]int

我们可以让编译器根据元素个数自动推断数组长度，只需要在声明长度时用 ... 替代：

var numArray = [...]int{1, 2, 3}

我们还可以根据索引来声明数组：

a := [...]string{0: "北京", 1: "上海"} // 索引 0 对应的元素为"北京"，1 对应的元素为"上海"

整型数组中所有元素都初始化为 0，数组 arr 中第 i 个元素为 arr[i - 1]，最后一个元素为 arr[len(arr) - 1]。

数组是可变的，可以通过索引对元素进行赋值：arr[1] = 1。

注意：在程序中若索引超出数组最大有效索引，会引发 index out of range 错误。

遍历数组

• 普通 for 循环

  package main
  
  import "fmt"
  
  func main() {
  	a := [...]int{2, 4, 6, 8, 10}
  
  	for i := 0; i < len(a); i++ {
  		fmt.Println(a[i])
  	}
  }
  

• for-range 循环

  package main
  
  import "fmt"
  
  func main() {
  	a := [...]int{2, 4, 6, 8, 10}
  
  	for k, v := range a {
  		fmt.Println(k, v)
  	}
  }
  

切片

概念

切片 slice 是对数组的引用，因此切片是一个引用类型（类似于 python 中的 list）。

切片是一个长度可变的数组。

可以通过 cap() 函数来获取切片的容量，而 len() 函数获取的是切片的长度（切片保存的元素个数），对于切片 s ，存在这样的数量关系：

0 <= len(s) <= cap(s)

声明切片：

var variable []type

可以通过类似数组的声明方式来声明切片：

var s = []int{1, 2, 3}

若 arr 是数组，可以通过切割数组来声明切片 s，如：

var arr = [...]int{1, 2, 3, 4, 5}
var s []int = arr[0:3] // 声明切片 s，s 由 arr 中索引 0 到 2 的元素构成
var s1 []int = arr[:]  // s1 由 arr 所有元素构成
var s2 []int = arr[2:] // s2 由 arr 中索引 2 开始到最后的元素构成
var s3 []int = arr[:3] // s3 由 arr 中索引 0 ~ 2 的元素构成

用 make() 创建切片

我们可以通过 make() 来创建一个切片：

var s []type = make([]type, len)

其中，type 是类型，len 是切片的长度。

我们来演示下切片的内存结构：

package main

import "fmt"

func main() {
	var slice1 []int = make([]int, 10)

	for i := 0; i < len(slice1); i++ {
		slice1[i] = 5 * i
	}

	for i := 0; i < len(slice1); i++ {
		fmt.Printf("Slice at %d is %d\n", i, slice1[i])
	}
	fmt.Printf("\nThe length of slice1 is %d\n", len(slice1))
	fmt.Printf("The capacity of slice1 is %d\n", cap(slice1))
}

运行结果为：

Slice at 0 is 0  
Slice at 1 is 5  
Slice at 2 is 10  
Slice at 3 is 15  
Slice at 4 is 20  
Slice at 5 is 25  
Slice at 6 is 30  
Slice at 7 is 35  
Slice at 8 is 40  
Slice at 9 is 45  
The length of slice1 is 10  
The capacity of slice1 is 10

我们可以在初始化切片时候，指定切片初始长度和切片容量：

slice1 := make([]type, length, cap) // type 为类型，length 为初始长度, cap 为切片容量

切片重组

切片会自动扩容，我们也可以手动进行扩容，比如将切片 s1 扩展 1 位：

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

切片可以反复扩容直至切片长度到达切片容量：

package main

import "fmt"

func main() {
	slice1 := make([]int, 0, 10)
	// load the slice, cap(slice1) is 10:
	for i := 0; i < cap(slice1); i++ {
		slice1 = slice1[0 : i+1]
		slice1[i] = i
		fmt.Printf("The length of slice is %d\n", len(slice1))
	}

	// print the slice:
	for i := 0; i < len(slice1); i++ {
		fmt.Printf("Slice at %d is %d\n", i, slice1[i])
	}
}

上述代码运行结果为：

The length of slice is 1
The length of slice is 2
The length of slice is 3
The length of slice is 4
The length of slice is 5
The length of slice is 6
The length of slice is 7
The length of slice is 8
The length of slice is 9
The length of slice is 10
Slice at 0 is 0
Slice at 1 is 1
Slice at 2 is 2
Slice at 3 is 3
Slice at 4 is 4
Slice at 5 is 5
Slice at 6 is 6
Slice at 7 is 7
Slice at 8 is 8
Slice at 9 is 9

切片的复制与追加

我们可以通过 copy 函数和 append 函数实现切片元素的复制和追加，如：

package main

import "fmt"

func main() {
	sl_from := []int{1, 2, 3}
	sl_to := make([]int, 10)

	n := copy(sl_to, sl_from)
	fmt.Println(sl_to)
	fmt.Printf("Copied %d elements\n", n) // n == 3

	sl3 := []int{1, 2, 3}
	sl3 = append(sl3, 4, 5, 6)
	fmt.Println(sl3) // 1, 2, 3, 4, 5, 6
}

append 函数可以将多个相同类型的元素追加到切片后面，同时返回新的切片。若切片的容量不够，append 会分配新的切片保证能存储原切片和新元素。

如果想将切片 y 追加到 x 后面，只需将在 y 后面添加 .. 将其扩展成列表即可，如：

x = append(x, y...)

注意：append 虽然很好用，但是如果想要理解切片追加元素的原理，可以自己来实现一个 AppendByte 方法：

func AppendByte(slice []byte, data ...byte) []byte {
	m := len(slice)     // 原切片长度
	n := m + len(data)  // 新切片长度
	if n > cap(slice) { // 若新切片长度大于切片容量，手动扩容
		newSlice := make([]byte, (n+1)*2)
		copy(newSlice, slice)
		slice = newSlice
	}
	// 复制元素
	slice = slice[0:n]
	copy(slice[m:n], data)
	return slice
}

字符串、数组和切片的应用

从字符串生成字节切片

若 s 为一个字符串，可以通过 c := []bytes(s) 来获取 s 对应的字节切片。也可以通过 copy 函数来实现：copy (b []byte, s string)。

截取字符串

substr := str[start:end] 可以从字符串 str 获取到从索引 start 开始到 end-1 位置的子串；

str[start:] 则表示获取从 start 开始到 len(str)-1 位置的子串；

str[:end] 表示获取从 0 开始到 end-1 的子串。

字符串和切片的内存结构

字符串是一个双字结构，即一个指向实际数据的指针和记录字符串长度的整数，如下图所示：

修改字符串的字符

Go 语言的字符串是不可变的，对于 str[index]，我们不能执行这样的语句：

str[index] = 'A'

编译器会报 cannot assign to str[i] 错误。

因此，如果要修改字符串中的字符，需要先将字符串转换成字节数组，然后修改字节数组中的元素来实现修改字符串字符的目的，最后再将字节数组转换成字符串。例如：

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

append 函数

1. 切片 b 的元素追加到切片 a 之后：a = append(a, b...)

2. 复制切片 a 的元素到新的切片 b 上：

   b = make([]T, len(a))
   copy(b, a)
   

3. 删除位于索引 i 的元素：a = append(a[:i], a[i+1:]...)

4. 切除切片 a 中从索引 i 至 j 位置的元素：a = append(a[:i], a[j:]...)

5. 为切片 a 扩展 j 个元素长度：a = append(a, make([]T, j)...)

6. 在索引 i 的位置插入元素 x：a = append(a[:i], append([]T{x}, a[i:]...)...)

7. 在索引 i 的位置插入长度为 j 的新切片：a = append(a[:i], append(make([]T, j), a[i:]...)...)

8. 在索引 i 的位置插入切片 b 的所有元素：a = append(a[:i], append(b, a[i:]...)...)

9. 取出位于切片 a 最末尾的元素 x：x, a = a[len(a)-1], a[:len(a)-1]

10. 将元素 x 追加到切片 a：a = append(a, x)

切片和垃圾回收

切片的底层指向一个数组，该数组的实际容量可能大于切片的长度。只有没有任何切片指向该数组时，底层数组才会被释放，这有可能会导致占用多余内存。

示例 ：

函数 FindDigits 将一个文件加载到内存，然后搜索其中所有的数字并返回一个切片：

var digitRegexp = regexp.MustCompile("[0-9]+")

func FindDigits(filename string) []byte {
	b, _ := ioutil.ReadFile(filename)
	return digitRegexp.Find(b)
}

上述代码中返回了 []byte，它指向底层整个文件的数据。若该切片不被释放，垃圾回收器就不能释放整个文件所占用的内存。为了避免这个问题，可以复制我们需要的部分到一个新切片：

func FindDigits(filename string) []byte {
	b, _ := ioutil.ReadFile(filename)
	b = digitRegexp.Find(b)
	c := make([]byte, len(b))
	copy(c, b)
	return c
}