2.4 Go语言基础之切片

本文主要介绍Go语言中切片（slice）及它的基本使用。

一、引子

因为数组的长度是固定的并且数组长度属于类型的一部分，所以数组有很多的局限性。 例如：

func arraySum(x [3]int) int{
    sum := 0
    for _, v := range x{
        sum = sum + v
    }
    return sum
}

这个求和函数只能接受[3]int类型，其他的都不支持。 再比如，

a := [3]int{1, 2, 3}

数组a中已经有三个元素了，我们不能再继续往数组a中添加新元素了。

二、切片

2.1 切片知多少

切片（Slice）是一个拥有相同类型元素的可变长度的序列。它是基于数组类型做的一层封装。它非常灵活，支持自动扩容。

切片与数组相比，不需要设定长度，在[]中不用设定值，相对来说比较自由。

slice本身没有数据（切片并不存储任何元素而只是对现有数组的引用。），是对底层array的一个view对slice所做的任何修改都将反映在底层数组中。

切片是什么？一种数据结构，类似数组，围绕动态数组的概念而设计，可按需自动改变大小。

切片内部实现？切片基于数组实现，底层是数组（故底层的内存是连续分配，可根据索引获取数据，可迭代以及垃圾回收），自身非常小（切片对象只有3个字段数据结构即：指向底层数组的指针ptr（内存地址）、切片长度len、切片容量cap），可看作对底层数组的抽象。

切片是一个引用类型，它的内部结构包含地址、长度和容量。切片一般用于快速地操作一块数据集合。

切片三要素：

• 地址（切片中第一个元素指向的内存空间）
• 大小（切片中目前元素的个数） len()
• 容量（底层数组最大能存放的元素的个数） cap()

2.2 切片定义

定义声明切片类型的基本语法如下：

var name []T

其中，

• name:表示变量名
• T:表示切片中的元素类型

2.3 切片初始化

2.3.1 为什么要初始化？

简单地说，定义声明只是告诉我的样子（类型） 初始化就是告诉我在哪里（分配内存） 要想找到我 仅仅知道我的样子是没用的 得知道我的地址

2.3.2 方法1 定义声明切片变量时初始化

我们可以直接在声明定义切片变量时对其直接进行初始化

例1：

func main() {
	// 声明切片类型
	var a []string              //声明一个字符串切片
	var b = []int{}             //声明一个整型切片并初始化
	var c = []bool{false, true} //声明一个布尔切片并初始化
	//var d = []bool{false, true} //声明一个布尔切片并初始化
	fmt.Println(a)              //[]
	fmt.Println(b)              //[]
	fmt.Println(c)              //[false true]
	fmt.Println(a == nil)       //true
	fmt.Println(b == nil)       //false
	fmt.Println(c == nil)       //false
	// fmt.Println(c == d)   //切片是引用类型，不支持直接比较，只能和nil比较
}

2.3.3 方法2 基于数组定义切片

由于切片的底层就是一个数组，所以我们可以基于数组定义切片。

func main() {
	// 基于数组定义切片
	a := [5]int{55, 56, 57, 58, 59}
	b := a[1:4]                     //基于数组a创建切片，包括元素a[1],a[2],a[3]
	fmt.Println(b)                  //[56 57 58]
	fmt.Printf("type of b:%T\n", b) //type of b:[]int
}

还支持如下方式：

c := a[1:] //[56 57 58 59]
d := a[:4] //[55 56 57]
e := a[:]  //[55 56 57 58 59]

总结如下：

a) arr[start:end]：包括start到end-1(包括end-1)之间的所有元素

b) arr[start:]：包括start到arr最后一个元素(包括最后一个元素)之间的所有元素

c) arr[:end]：包括0到end-1(包括end-1）之间的所有元素

d) arr[:]：包括整个数组的所有元素

2.3.4 方法3 基于切片再切片

除了基于数组得到切片，我们还可以通过切片来得到切片。

func main() {
	//切片再切片
	a := [...]string{"北京", "上海", "广州", "深圳", "成都", "重庆"}
	fmt.Printf("a:%v type:%T len:%d  cap:%d\n", a, a, len(a), cap(a))
	b := a[1:3]
	fmt.Printf("b:%v type:%T len:%d  cap:%d\n", b, b, len(b), cap(b))
	c := b[1:5]
	fmt.Printf("c:%v type:%T len:%d  cap:%d\n", c, c, len(c), cap(c))
}

输出：

a:[北京 上海 广州 深圳 成都 重庆] type:[6]string len:6  cap:6
b:[上海 广州] type:[]string len:2  cap:5
c:[广州 深圳 成都 重庆] type:[]string len:4  cap:4

注意： 对切片进行再切片时，索引不能超过原数组的长度，否则会出现索引越界的错误。

2.3.5 方法4 使用make函数构造切片

我们上面都是基于数组来创建的切片，如果需要动态的创建一个切片，我们就需要使用内置的make()函数，格式如下：

make([]T, size, cap)

其中：

• T:切片的元素类型
• size:切片中元素的数量
• cap:切片的容量

举个例子：

func main() {
	a := make([]int, 2, 10)
	fmt.Println(a)      //[0 0]
	fmt.Println(len(a)) //2
	fmt.Println(cap(a)) //10
}

上面代码中a的内部存储空间已经分配了10个，但实际上只用了2个。 容量并不会影响当前元素的个数，所以len(a)返回2，cap(a)则返回该切片的容量。

补充：

make（make是一个内置函数）创建切片（其也是基于数组，只不过是底层已经创建好了，我们看不见）比较推荐这种，应用范围也比较广。切片元素的默认值为0。

make在这里做的就是在底层做了一个数组并且分配内存空间，切片然后去引用这个数组。

2.3.6 注意

1. 空切片必须初始化，或者用append才能使用，否则就会panic。

   例1：

   package main
   
   import "fmt"
   
   func main() {
   	var a []string
   	if a == nil {
   		fmt.Println("a是空切片")
   	}
   	a[0] = "paul" //不初始化直接赋值操作
   	fmt.Println(a)
   }
   

   执行结果：

   

   例2：

   package main
   
   import "fmt"
   
   func main() {
   	var a []string
   	if a == nil {
   		fmt.Println("a是空切片")
   	}
   	a = append(a, "harden") //不初始化但是可以进行append操作，append会自动对这个空切片做自动扩容。
   	fmt.Println(a)
   }
   

   执行结果：

   

2.4切片的本质

切片的本质就是对底层数组的封装，它包含了三个信息：底层数组的指针、切片的长度（len）和切片的容量（cap）。

举个例子，现在有一个数组a := [8]int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}，切片s1 := a[:5]，相应示意图如下。



切片s2 := a[3:6]，相应示意图如下：

2.5 nil切片和空切片区别

nil切片(比如： var nilSlice []int )指向底层数组的指针为nil,nil切片表示不存在的切片。

空切片(比如： slice := []int{} )对应的指针是个地址，空切片表示一个空集合。

nil切片和空切片区别：

1. 有无初始化（就是有无分配内存地址），nil切片无初始化，空切片初始化了；

2. 打印出来内容虽然都是空，但是nil切片打印为空内存地址，空切片打印为特殊的内存地址（所有类型空切片都存放在这个特殊内存地址）

3. nil切片和空切片都可以进行append操作，因为append操作会对该切片做自动初始化扩容操作；

关于nil切片和空切片区别：http://blog.itpub.net/31561269/viewspace-2220962/

例1：

package main

import "fmt"

func main() {
	//空切片
	b := []int{}
	fmt.Printf("b为:%#v\n", b)   //%#v表示以go语言语法形式显示值
	fmt.Printf("b的内存地址：%p\n", b)
	b = append(b, 2)
	fmt.Printf("After:b为:%#v\n", b)
	fmt.Printf("After:b的内存地址：%p\n", b)

	c := []string{}
	fmt.Printf("c为:%#v\n", c)
	fmt.Printf("c的内存地址：%p\n", c)
	c = append(c, "MVP")
	fmt.Printf("After:c为:%#v\n", c)
	fmt.Printf("After:c的内存地址：%p\n", c)

	//nil切片
	var d []int
	fmt.Printf("d为:%#v\n", d)
	fmt.Printf("d的内存地址：%p\n", d)
	d = append(d, 1)
	fmt.Printf("After:d为:%#v\n", d)
	fmt.Printf("After:d的内存地址：%p\n", d)

}

执行结果：

2.6 切片不能直接比较

切片之间是不能比较的，我们不能使用==操作符来判断两个切片是否含有全部相等元素。 切片唯一合法的比较操作是和nil比较。 一个nil值的切片并没有底层数组，一个nil值的切片的长度和容量都是0。但是我们不能说一个长度和容量都是0的切片一定是nil，例如下面的示例：

var s1 []int         //len(s1)=0;cap(s1)=0;s1==nil
s2 := []int{}        //len(s2)=0;cap(s2)=0;s2!=nil
s3 := make([]int, 0) //len(s3)=0;cap(s3)=0;s3!=nil

2.7 如何使用切片？

类似使用数组，通过索引获取切片对应元素的值，也可修改对应元素的值。

切片只能访问到长度内的元素，长度外的如果访问会运行时异常。就会panic（报越界（panic: runtime error: index out of range）错误）

slice := []int{1,2,3,4,5}
fmt.Println(slice[2])  //3
slice[2] = 10
fmt.Println(slice[2])  //10

2.8 切片的赋值拷贝

下面的代码中演示了拷贝前后两个变量共享底层数组，对一个切片的修改会影响另一个切片的内容，这点需要特别注意。

func main() {
	s1 := make([]int, 3) //[0 0 0]
	s2 := s1             //将s1直接赋值给s2，s1和s2共用一个底层数组
	s2[0] = 100
	fmt.Println(s1) //[100 0 0]
	fmt.Println(s2) //[100 0 0]
}

2.9 切片遍历

切片的遍历方式和数组是一致的，支持索引遍历和for range遍历。

func main() {
	s := []int{1, 3, 5}

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

	for index, value := range s {
		fmt.Println(index, value)
	}
}

2.10 append()方法为切片添加元素

Go语言的内建函数append()可以为切片动态添加元素。 每个切片会指向一个底层数组，这个数组能容纳一定数量的元素。当底层数组不能容纳新增的元素时，切片就会自动按照一定的策略进行“扩容”，此时该切片指向的底层数组就会更换。“扩容”操作往往发生在append()函数调用时。 举个例子：

func main() {
	//append()添加元素和切片扩容
	var numSlice []int
	for i := 0; i < 10; i++ {
		numSlice = append(numSlice, i)
		fmt.Printf("%v  len:%d  cap:%d  ptr:%p\n", numSlice, len(numSlice), cap(numSlice), numSlice)
	}
}

输出：

[0]  len:1  cap:1  ptr:0xc0000a8000
[0 1]  len:2  cap:2  ptr:0xc0000a8040
[0 1 2]  len:3  cap:4  ptr:0xc0000b2020
[0 1 2 3]  len:4  cap:4  ptr:0xc0000b2020
[0 1 2 3 4]  len:5  cap:8  ptr:0xc0000b6000
[0 1 2 3 4 5]  len:6  cap:8  ptr:0xc0000b6000
[0 1 2 3 4 5 6]  len:7  cap:8  ptr:0xc0000b6000
[0 1 2 3 4 5 6 7]  len:8  cap:8  ptr:0xc0000b6000
[0 1 2 3 4 5 6 7 8]  len:9  cap:16  ptr:0xc0000b8000
[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]  len:10  cap:16  ptr:0xc0000b8000

从上面的结果可以看出：

1. append()函数将元素追加到切片的最后并返回该切片。
2. 切片numSlice的容量按照1，2，4，8，16这样的规则自动进行扩容，每次扩容后都是扩容前的2倍。

append()函数还支持一次性追加多个元素。 例如：

var citySlice []string
// 追加一个元素
citySlice = append(citySlice, "北京")
// 追加多个元素
citySlice = append(citySlice, "上海", "广州", "深圳")
// 追加切片
a := []string{"成都", "重庆"}
citySlice = append(citySlice, a...)
fmt.Println(citySlice) //[北京 上海 广州 深圳 成都 重庆]

2.11 切片的扩容策略

可以通过查看$GOROOT/src/runtime/slice.go源码，其中扩容相关代码如下：

newcap := old.cap
doublecap := newcap + newcap
if cap > doublecap {
	newcap = cap
} else {
	if old.len < 1024 {
		newcap = doublecap
	} else {
		// Check 0 < newcap to detect overflow
		// and prevent an infinite loop.
		for 0 < newcap && newcap < cap {
			newcap += newcap / 4
		}
		// Set newcap to the requested cap when
		// the newcap calculation overflowed.
		if newcap <= 0 {
			newcap = cap
		}
	}
}

从上面的代码可以看出以下内容：

• 首先判断，如果新申请容量（cap）大于2倍的旧容量（old.cap），最终容量（newcap）就是新申请的容量（cap）。
• 否则判断，如果旧切片的长度小于1024，则最终容量(newcap)就是旧容量(old.cap)的两倍，即（newcap=doublecap），
• 否则判断，如果旧切片长度大于等于1024，则最终容量（newcap）从旧容量（old.cap）开始循环增加原来的1/4，即（newcap=old.cap,for {newcap += newcap/4}）直到最终容量（newcap）大于等于新申请的容量(cap)，即（newcap >= cap）
• 如果最终容量（cap）计算值溢出，则最终容量（cap）就是新申请容量（cap）。

需要注意的是，切片扩容还会根据切片中元素的类型不同而做不同的处理，比如int和string类型的处理方式就不一样。

2.12 使用copy()函数复制切片

首先我们来看一个问题：

func main() {
	a := []int{1, 2, 3, 4, 5}
	b := a
	fmt.Println(a) //[1 2 3 4 5]
	fmt.Println(b) //[1 2 3 4 5]
	b[0] = 1000
	fmt.Println(a) //[1000 2 3 4 5]
	fmt.Println(b) //[1000 2 3 4 5]
}

由于切片是引用类型，所以a和b其实都指向了同一块内存地址。修改b的同时a的值也会发生变化。

Go语言内建的copy()函数可以迅速地将一个切片的数据复制到另外一个切片空间中，copy()函数的使用格式如下：

copy(destSlice, srcSlice []T)

其中：

• srcSlice: 数据来源切片
• destSlice: 目标切片

举个例子：

func main() {
	// copy()复制切片
	a := []int{1, 2, 3, 4, 5}
	c := make([]int, 5, 5)
	copy(c, a)     //使用copy()函数将切片a中的元素复制到切片c
	fmt.Println(a) //[1 2 3 4 5]
	fmt.Println(c) //[1 2 3 4 5]
	c[0] = 1000
	fmt.Println(a) //[1 2 3 4 5]
	fmt.Println(c) //[1000 2 3 4 5]
}

2.13 从切片中删除元素

Go语言中并没有删除切片元素的专用方法，我们可以使用切片本身的特性来删除元素。 代码如下：

func main() {
	// 从切片中删除元素
	a := []int{30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37}
	// 要删除索引为2的元素
	a = append(a[:2], a[3:]...)
	fmt.Println(a) //[30 31 33 34 35 36 37]
}

总结一下就是：要从切片a中删除索引为index的元素，操作方法是a = append(a[:index], a[index+1:]...)