如何解釋go語言切片

青灯夜游原創: 2022-12-22 12:19:355623瀏覽

在go語言中，切片（slice）是對數組的一個連續片段的引用，所以切片是一個引用類型，這個片段可以是整個數組，也可以是由起始和終止索引標識的一些項的子集；切片的記憶體分佈是連續的，所以可以把切片當作一個大小不固定的陣列。切片有三個欄位的資料結構：指向底層陣列的指標、切片存取的元素的數量（即長度）和切片允許成長到的元素個數（即容量）。

如何解釋go語言切片

本教學操作環境：windows7系統、GO 1.18版本、Dell G3電腦。

切片（slice）是對數組的一個連續片段的引用，所以切片是一個引用類型（因此更類似於C/C 中的數組類型，或者 Python 中的list 類型），這個片段可以是整個數組，也可以是起始和終止索引標識的一些項目的子集，需要注意的是，終止索引標識的項不包括在切片內。

Go語言中切片的內部結構包含地址、大小和容量，切片一般用於快速地操作一塊數據集合，如果將數據集合比作切糕的話，切片就是你要的“那一塊” ，切的過程包含從哪裡開始（切片的起始位置）及切多大（切片的大小），容量可以理解為裝切片的口袋大小，如下圖所示。

如何解釋go語言切片
圖：切片結構和記憶體分配

切片的記憶體分佈是連續的，所以你可以把切片當作一個大小不固定的陣列。

切片有三個欄位的資料結構，這些資料結構包含Go 語言需要操作底層陣列的元數據，這3 個欄位分別是指向底層陣列的指標、切片存取的元素的個數（即長度）和切片允許增長到的元素個數（即容量）。後面會進一步講解長度和容量的差別。

如何解釋go語言切片

從陣列或切片產生新的切片

切片預設指向一段連續記憶體區域，可以是數組，也可以是切片本身。

從連續記憶體區域產生切片是常見的操作，格式如下：

slice [开始位置 : 结束位置]

語法說明如下：

slice：表示目標切片物件；
開始位置：對應目標切片物件的索引；
#結束位置：對應目標切片的結束索引。

從陣列產生切片，程式碼如下：

var a  = [3]int{1, 2, 3}
fmt.Println(a, a[1:2])

其中a 是一個擁有3 個整數元素的陣列，被初始化為數值1 到3，使用a [1:2] 可以產生一個新的切片，程式碼運行結果如下：

[1 2 3]  [2]

其中[2] 就是a[1:2] 切片操作的結果。

從陣列或切片產生新的切片擁有以下特性：

取出的元素數量為：結束位置- 開始位置；
#取出元素不包含結束位置對應的索引，切片最後一個元素使用slice[len(slice)] 取得；
當缺省開始位置時，表示從連續區域開頭到結束位置；
當預設結束位置時，表示從開始位置到整個連續區域末端；
##兩者同時缺省時，與切片本身等效；
兩者同時為0 時，等效於空切片，一般用於切片復位。

根據索引位置取切片slice 元素值時，取值範圍是（0～len(slice)-1），超界會報運行時錯誤，產生切片時，結束位置可以填寫len(slice) 但不會報錯。

下面透過實例來熟悉切片的特性。

1) 從指定範圍中產生切片

切片和陣列密不可分，如果將陣列理解為一棟辦公大樓，那麼切片就是把不同的連續樓層出租給使用者，出租的過程需要選擇開始樓層和結束樓層，這個過程就會產生切片，範例程式碼如下：

var highRiseBuilding [30]int
for i := 0; i < 30; i++ {
        highRiseBuilding[i] = i + 1
}
// 区间
fmt.Println(highRiseBuilding[10:15])
// 中间到尾部的所有元素
fmt.Println(highRiseBuilding[20:])
// 开头到中间指定位置的所有元素
fmt.Println(highRiseBuilding[:2])

程式碼輸出如下：

如何解釋go語言切片

程式碼中建構了一個30 層的高層建築，數組的元素值從1 到30，分別代表不同的獨立樓層，輸出的結果是不同的租售方案。

程式碼說明如下：

第 8 行，嘗試出租一個區間樓層。
第 11 行，出租 20 層以上。
第 14 行，出租 2 層以下，一般是商用鋪面。

切片有点像C语言里的指针，指针可以做运算，但代价是内存操作越界，切片在指针的基础上增加了大小，约束了切片对应的内存区域，切片使用中无法对切片内部的地址和大小进行手动调整，因此切片比指针更安全、强大。

2) 表示原有的切片

生成切片的格式中，当开始和结束位置都被忽略时，生成的切片将表示和原切片一致的切片，并且生成的切片与原切片在数据内容上也是一致的，代码如下：

a := []int{1, 2, 3}
fmt.Println(a[:])

a 是一个拥有 3 个元素的切片，将 a 切片使用 a[:] 进行操作后，得到的切片与 a 切片一致，代码输出如下：

[1 2 3]

3) 重置切片，清空拥有的元素

把切片的开始和结束位置都设为 0 时，生成的切片将变空，代码如下：

a := []int{1, 2, 3}
fmt.Println(a[0:0])

代码输出如下：

如何解釋go語言切片

直接声明新的切片

除了可以从原有的数组或者切片中生成切片外，也可以声明一个新的切片，每一种类型都可以拥有其切片类型，表示多个相同类型元素的连续集合，因此切片类型也可以被声明，切片类型声明格式如下：

var name []Type

其中 name 表示切片的变量名，Type 表示切片对应的元素类型。

下面代码展示了切片声明的使用过程：

// 声明字符串切片
var strList []string

// 声明整型切片
var numList []int

// 声明一个空切片
var numListEmpty = []int{}

// 输出3个切片
fmt.Println(strList, numList, numListEmpty)

// 输出3个切片大小
fmt.Println(len(strList), len(numList), len(numListEmpty))

// 切片判定空的结果
fmt.Println(strList == nil)
fmt.Println(numList == nil)
fmt.Println(numListEmpty == nil)

代码输出结果：

如何解釋go語言切片

代码说明如下：

第 2 行，声明一个字符串切片，切片中拥有多个字符串。
第 5 行，声明一个整型切片，切片中拥有多个整型数值。
第 8 行，将 numListEmpty 声明为一个整型切片，本来会在{}中填充切片的初始化元素，这里没有填充，所以切片是空的，但是此时的 numListEmpty 已经被分配了内存，只是还没有元素。
第 11 行，切片均没有任何元素，3 个切片输出元素内容均为空。
第 14 行，没有对切片进行任何操作，strList 和 numList 没有指向任何数组或者其他切片。
第 17 行和第 18 行，声明但未使用的切片的默认值是 nil，strList 和 numList 也是 nil，所以和 nil 比较的结果是 true。
第 19 行，numListEmpty 已经被分配到了内存，但没有元素，因此和 nil 比较时是 false。

切片是动态结构，只能与 nil 判定相等，不能互相判定相等。声明新的切片后，可以使用 append() 函数向切片中添加元素。

使用 make() 函数构造切片

如果需要动态地创建一个切片，可以使用 make() 内建函数，格式如下：

make( []Type, size, cap )

其中 Type 是指切片的元素类型，size 指的是为这个类型分配多少个元素，cap 为预分配的元素数量，这个值设定后不影响 size，只是能提前分配空间，降低多次分配空间造成的性能问题。

示例如下：

a := make([]int, 2)
b := make([]int, 2, 10)

fmt.Println(a, b)
fmt.Println(len(a), len(b))

代码输出如下：

如何解釋go語言切片

其中 a 和 b 均是预分配 2 个元素的切片，只是 b 的内部存储空间已经分配了 10 个，但实际使用了 2 个元素。

容量不会影响当前的元素个数，因此 a 和 b 取 len 都是 2。

温馨提示

使用 make() 函数生成的切片一定发生了内存分配操作，但给定开始与结束位置（包括切片复位）的切片只是将新的切片结构指向已经分配好的内存区域，设定开始与结束位置，不会发生内存分配操作。

切片的使用

切片的使用和数组是一模一样的：

func main() {
    slice1 := []int{1,2,3,4}
    fmt.Println(slice1[1])
}

切片创建切片

切片之所以称为切片，是因为它只是对应底层数组的一部分，看如下所示代码：

func main() {
    slice := []int{10, 20, 30, 40, 50}
    newSlice := slice[1:3]
}

为了说明上面的代码，我们看下面的这张图：
picture alt

第一个切片slice 能够看到底层数组全部5 个元素的容量，不过之后的newSlice 就看不到。对于newSlice，底层数组的容量只有4 个元素。newSlice 无法访问到它所指向的底层数组的第一个元素之前的部分。所以，对newSlice 来说，之前的那些元素就是不存在的。

需要记住的是，现在两个切片共享同一个底层数组。如果一个切片修改了该底层数组的共享部分，另一个切片也能感知到，运行下面的代码：

func main() {
    slice := []int{10, 20, 30, 40, 50}
    newSlice := slice[1:3]

    slice[1] = 200
    fmt.Println(newSlice[0])
}

运行结果如下：

切片只能访问到其长度内的元素。试图访问超出其长度的元素将会导致语言运行时异常，比如对上面的newSlice，他只能访问索引为1和2的元素（不包括3），比如：

func main() {
    slice := []int{10, 20, 30, 40, 50}
    newSlice := slice[1:3]

    fmt.Println(newSlice[3])
}

运行代码，控制台会报错：

panic: runtime error: index out of range

goroutine 1 [running]:
main.main()
    E:/go-source/go-arr/main.go:20 +0x11

子切片的容量

我们知道切片可以再生出切片，那么子切片的容量为多大呢？我们来测试一下：

func main() {
    slice := make([]int, 2, 10)
    slice1 := slice[1:2]
    fmt.Println(cap(slice1))
}

控制台打印结果为：

9
9

从结果我们可以推测，子切片的容量为底层数组的长度减去切片在底层数组的开始偏移量，比如在上面的例子中，slice1的偏移值为1，底层数组的大小为10，所以两者相减，得到结果9。

向切片中追加元素

go提供了append方法用于向切片中追加元素，如下所示：

func main() {
    slice := make([]int, 2, 10)
    slice1 := slice[1:2]
    slice2 := append(slice1, 1)
    slice2[0] = 10001
    fmt.Println(slice)
    fmt.Println(cap(slice2))
}

输出结果如下：

[0 10001]
9

此时slice，slice1，slice2共享底层数组，所以只要一个切片改变了某一个索引的值，会影响到所有的切片，还有一点值得注意，就是slice2的容量为9，记住这个值。

为了说明问题，我把例子改为如下所示代码：

func main() {
    slice := make([]int, 2, 10)
    slice1 := slice[1:2]
    slice2 := append(slice1, 1)
    slice2 = append(slice2, 1)
    slice2 = append(slice2, 1)
    slice2 = append(slice2, 1)
    slice2 = append(slice2, 1)
    slice2 = append(slice2, 1)
    slice2 = append(slice2, 1)
    slice2 = append(slice2, 1)
    slice2 = append(slice2, 1)
    slice2 = append(slice2, 1)
    slice2 = append(slice2, 1)
    slice2 = append(slice2, 1)
    slice2[0] = 10001
    fmt.Println(slice)
    fmt.Println(slice1)
    fmt.Println(cap(slice2))
}

此时我们再次打印结果，神奇的事情出现了：

[0 0]
[0]
18

虽然我们改变0位置的值，但是并没有影响到原来的slice和slice1，这是为啥呢？我们知道原始的slice2对应的底层数组的容量为9，经过我们一系列的append操作，原始的底层数组已经无法容纳更多的元素了，此时Go会分配另外一块内存，把原始切片从位置1开始的内存复制到新的内存地址中，也就是说现在的slice2切片对应的底层数组和slice切片对应的底层数组完全不是在同一个内存地址，所以当你此时更改slice2中的元素时，对slice已经来说，一点儿关系都没有。

另外根据上面的打印结果，你也应该猜到了，当切片容量不足的时候，Go会以原始切片容量的2倍建立新的切片，在我们的例子中2*9=18，就是这么粗暴。

如何创建子切片时指定容量

在前面的例子中，我们创建子切片的时候，没有指定子切片的容量，所以子切片的容量和我们上面讨论的计算子切片的容量方法相等，那么我们如何手动指定子切片的容量呢？

在这里我们借用《Go实战》中的一个例子：

func main() {
    source := []string{"Apple", "Orange", "Plum", "Banana", "Grape"}
    slice := source[2:3:4]
    fmt.Println(cap(slice))
}

如果你仔细看的话，上面的子切片的生成方式和普通的切片有所不同，[]里面有三个部分组成，，第一个值表示新切片开始元素的索引位置，这个例子中是2。第二个值表示开始的索引位置（2）加上希望包括的元素的个数（1），2+1 的结果是3，所以第二个值就是3。为了设置容量，从索引位置2 开始，加上希望容量中包含的元素的个数（2），就得到了第三个值4。所以这个新的切片slice的长度为1，容量为2。还有一点大家一定要记住，你指定的容量不能比原先的容量，这里就是source的容量大，加入我们这样设置的话：

func main() {
    source := []string{"Apple", "Orange", "Plum", "Banana", "Grape"}
    slice := source[2:3:10]
    fmt.Println(cap(slice))
}

运行结果如下，报错了，哈哈：

panic: runtime error: slice bounds out of range [::10] with capacity 5

goroutine 1 [running]:
main.main()
    E:/learn-go/slice/main.go:7 +0x1d

迭代切片

关于如何迭代切片，我们可以使用range配置来使用，如下：

func main() {
    slice:=[]int{1,2,4,6}
    for _, value:=range slice{
        fmt.Println(value)
    }
}

关于迭代切片，大家有一点需要注意，就以上面的例子为例，value只是slice中元素的副本，为啥呢？我们来验证这一点：

func main() {
    slice:=[]int{1,2,4,6}
    for index, value:=range slice{
        fmt.Printf("value[%d],indexAddr:[%X],valueAddr:[%X],sliceAddr:[%X]\n",value,&index,&value,&slice[index])
    }
}

控制台打印结果如下：

value[1],indexAddr:[C00000A0B8],valueAddr:[C00000A0D0],sliceAddr:[C000010380]
value[2],indexAddr:[C00000A0B8],valueAddr:[C00000A0D0],sliceAddr:[C000010388]
value[4],indexAddr:[C00000A0B8],valueAddr:[C00000A0D0],sliceAddr:[C000010390]
value[6],indexAddr:[C00000A0B8],valueAddr:[C00000A0D0],sliceAddr:[C000010398]

从上面的结果可以看到index和value的地址始终是不变的，所以它们始终是同一个变量，只是变量引用地址的内容发生了变化，从而验证迭代的时候，只能是切片元素的副本，最后看看sliceAddr代表的地址相隔8个字节，因为在64位系统上，每一个int类型的大小为8个字节。

函数间传递切片

函数间传递切片，也是以值的方式传递的，但是你还记得这篇博文开头给出的切片的布局么？
picture alt
切片由三个部分组成，包括指向底层数组的指针，当前切片的长度，当前切片的容量，所以切片本身并不大，我们来测试一个切片的大小：

func main() {
    slice:=[]int{1,2,4,6}
    fmt.Println(unsafe.Sizeof(slice))
}

测试结果为：

也就是这个slice切片的大小为24字节，所以当切片作为参数传递的时候，几乎没有性能开销，还有很重要的一点，参数生成的副本的地址指针和原始切片的地址指针是一样的，因此，如果你在函数里面修改了切片，那么会影响到原始的切片，我们来验证这点：

func main() {
    slice:=[]int{1,2,4,6}
    handleSlice(slice)
    fmt.Println(slice)
}

打印结果：

[100 2 4 6]

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