slice在Golang中的实现和应用

原文链接：slice在Golang中的实现和应用
发布时间：2021-09-05 12:36:27

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底层实现

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struct Slice
{
  byte* array; // actual data
  uintgo len;  // number of elements
  uintgo cap;  // allocated number of elements
};

我们知道slice是用来管理一个内存地址连续的内存空间，类似C++中的vector。由上面的定义可以看到，Slice在底层实现是一个结构体。

  • array 是内存空间的首地址
  • len 是内存中元素的个数，这个标记很重要，由它可以知道下一次插入数据时该插入到哪个位置
  • cap 内存空间的长度，这个标记同样很重要，由它可以知道什么时候空间被使用完，然后申请更大的空间。

基本过程：

不断地向slice插入新的数据，len会不断增大，当len 大于 cap时，会申请更大的空间(据我观察，申请的空间是原来的2倍)，然后把原来的数据复制到新的空间中。

创建slice的三种方法

1、使用make创建slice

由上面定义可知，slice底层有三个参数，所以使用make创建slice也需要指定3个参数。

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s1 := make([]int, 3)    // 有3个元素的切片, len为3, cap缺省此时等于len
s2 := make([]int, 3, 3) // 有3个元素的切片, len为3, cap为3
s3 := make([]int, 0, 3) // 有0个元素的切片, len为0, cap为3

其中s1和s2的定义方式，本质上是一致的。但是他们和s3不同，因为s1和s2已经有了3个元素，再插入一个新元素就会触发内存扩容，新的数据被插入第四个位置上。而s3内没有元素，下一个新元素被插入到第一个位置上。

2、使用数组创建slice

语法格式：

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s := data[low : high : max]

同样是三个参数，但是这三个参数都是data数组上的索引位置，言外之意就是：假设data数组容量为10，那么这三个参数最大为10，超过10就是不合法，就会编译报错（out of bounds for 10-element array）。

所以：

  • low 确定了slice中内存的起始位置，即确定了array的值
  • high 确定了slice中len的值，len等于 high - low
  • max 确定了slice中cap的值，cap等于 max - low

另外有一点需要说明，这样产生的切片底层指向data数组，修改s中数据，就会修改到data中的数据。

举例：

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data := [10]int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9} // 创建数组，容量为10，同时包含10个元素
s1 := data[1:3:8] // 包含2个元素为1,2, cap为7
s2 := data[0:10:10] // 包含10个元素，cap为10
s3 := data[10:10:10] // 不包含任何元素，cap为0
s4 := data[0:] // 包含10个元素，cap为10
s5 := data[:10]  // 包含10个元素，cap为10

刚才说了，指定的三个参数，都是原数组的索引位置，但是原数组10个元素，其索引范围为0-9，怎么能出现10呢？这个需要从指针的角度去理解，索引为10，其实就是第11个元素内存的起始指针，同时也是第10个元素内存的终止位置，这个位置是确实存在，没有越界。比如s3的定义方式，就很特殊，它的容量为0。

3、直接定义

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var s []int  // 表示一个容量为0的切片

向slice插入数据

直接使用在索引位置插入

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data := [10]int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9} // 创建数组，容量为10，同时包含10个元素
s1 := data[1:3:8] // 包含2个元素为1,2, cap为7

// 此时 s1包含2个元素，即s1[0]为1，s1[1]为2
// 往s1[2]写数据，注意s1的cap为7，即索引位置最大为6
s1[2] = 100

使用append插入数据

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// 等价于s1[2]=100
// append表示在切片尾部插入新的数据，相当于C++中的push_back操作
s1 = append(s1, 100)

s2 := data[5:7]
s1 = append(s1, s2...) // 表示插入多个元素，因为s2有2个元素，后面要加三个点，注意语法格式

append的语法格式：

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s1 = append(s1, 100)
s2 := append(s1, 100)

必须要接收append的返回值，否则编译报错。

为甚么一定需要一个值接收呢？
因为slice本质是一个结构体，不是指针，是值传递。当append对一个slice操作后，增加新的元素，它的len值就变化了，需要返回新的slice结构体，必须要接收。

总结

  • slice是一个结构体，不是指针，map和channel是指针
  • slice使用append插入数据，就是一个动态数组，会自动扩容
  • 利用数组创建切片时，修改切片会修改原数组的数组（在扩容之前）