go语言数组和切片

1. 数组Array

Golang Array和以往认知的数组有很大不同。

    1. 数组：是同一种数据类型的固定长度的序列。
    2. 数组定义：var a [len]int，比如：var a [5]int，数组长度必须是常量，且是类型的组成部分。一旦定义，长度不能变。
    3. 长度是数组类型的一部分，因此，var a[5] int和var a[10]int是不同的类型。
    4. 数组可以通过下标进行访问，下标是从0开始，最后一个元素下标是：len-1
    for i := 0; i < len(a); i++ {
    }
    for index, v := range a {
    }
    5. 访问越界，如果下标在数组合法范围之外，则触发访问越界，会panic
    6. 数组是值类型，赋值和传参会复制整个数组，而不是指针。因此改变副本的值，不会改变本身的值。
    7.支持 "=="、"!=" 操作符，因为内存总是被初始化过的。
    8.指针数组 [n]*T，数组指针 *[n]T。

1.1. 数组初始化：

一维数组：

    全局：
    var arr0 [5]int = [5]int{1, 2, 3}
    var arr1 = [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
    var arr2 = [...]int{1, 2, 3, 4, 5, 6}
    var str = [5]string{3: "hello world", 4: "tom"}
    局部：
    a := [3]int{1, 2}           // 未初始化元素值为 0。
    b := [...]int{1, 2, 3, 4}   // 通过初始化值确定数组长度。
    c := [5]int{2: 100, 4: 200} // 使用索引号初始化元素。
    d := [...]struct {
        name string
        age  uint8
    }{
        {"user1", 10}, // 可省略元素类型。
        {"user2", 20}, // 别忘了最后一行的逗号。
    }

代码：

package main

import (
    "fmt"
)

var arr0 [5]int = [5]int{1, 2, 3}
var arr1 = [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
var arr2 = [...]int{1, 2, 3, 4, 5, 6}
var str = [5]string{3: "hello world", 4: "tom"}

func main() {
    a := [3]int{1, 2}           // 未初始化元素值为 0。
    b := [...]int{1, 2, 3, 4}   // 通过初始化值确定数组长度。
    c := [5]int{2: 100, 4: 200} // 使用引号初始化元素。
    d := [...]struct {
        name string
        age  uint8
    }{
        {"user1", 10}, // 可省略元素类型。
        {"user2", 20}, // 别忘了最后一行的逗号。
    }
    fmt.Println(arr0, arr1, arr2, str)
    fmt.Println(a, b, c, d)
}

输出结果:

[1 2 3 0 0] [1 2 3 4 5] [1 2 3 4 5 6] [   hello world tom]
[1 2 0] [1 2 3 4] [0 0 100 0 200] [{user1 10} {user2 20}]

多维数组

    全局
    var arr0 [5][3]int
    var arr1 [2][3]int = [...][3]int{{1, 2, 3}, {7, 8, 9}}
    局部：
    a := [2][3]int{{1, 2, 3}, {4, 5, 6}}
    b := [...][2]int{{1, 1}, {2, 2}, {3, 3}} // 第 2 纬度不能用 "..."。

代码：

package main

import (
    "fmt"
)

var arr0 [5][3]int
var arr1 [2][3]int = [...][3]int{{1, 2, 3}, {7, 8, 9}}

func main() {
    a := [2][3]int{{1, 2, 3}, {4, 5, 6}}
    b := [...][2]int{{1, 1}, {2, 2}, {3, 3}} // 第 2 纬度不能用 "..."。
    fmt.Println(arr0, arr1)
    fmt.Println(a, b)
}

输出结果：

    [[0 0 0] [0 0 0] [0 0 0] [0 0 0] [0 0 0]] [[1 2 3] [7 8 9]]
    [[1 2 3] [4 5 6]] [[1 1] [2 2] [3 3]]

值拷贝行为会造成性能问题，通常会建议使用 slice，或数组指针。

package main

import (
    "fmt"
)

func test(x [2]int) {
    fmt.Printf("x: %p\n", &x)
    x[1] = 1000
}

func main() {
    a := [2]int{}
    fmt.Printf("a: %p\n", &a)

    test(a)
    fmt.Println(a)
}

输出结果:

    a: 0xc42007c010
    x: 0xc42007c030
    [0 0]

内置函数 len 和 cap 都返回数组长度 (元素数量)。

package main

func main() {
    a := [2]int{}
    println(len(a), cap(a)) 
}

输出结果：

2 2

多维数组遍历：

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {

    var f [2][3]int = [...][3]int{{1, 2, 3}, {7, 8, 9}}

    for k1, v1 := range f {
        for k2, v2 := range v1 {
            fmt.Printf("(%d,%d)=%d ", k1, k2, v2)
        }
        fmt.Println()
    }
}

输出结果：

    (0,0)=1 (0,1)=2 (0,2)=3 
    (1,0)=7 (1,1)=8 (1,2)=9

1.2. 数组拷贝和传参

package main

import "fmt"

func printArr(arr *[5]int) {
    arr[0] = 10
    for i, v := range arr {
        fmt.Println(i, v)
    }
}

func main() {
    var arr1 [5]int
    printArr(&arr1)
    fmt.Println(arr1)
    arr2 := [...]int{2, 4, 6, 8, 10}
    printArr(&arr2)
    fmt.Println(arr2)
}

1.3. 数组练习

求数组所有元素之和

package main

import (
    "fmt"
    "math/rand"
    "time"
)

// 求元素和
func sumArr(a [10]int) int {
    var sum int = 0
    for i := 0; i < len(a); i++ {
        sum += a[i]
    }
    return sum
}

func main() {
    // 若想做一个真正的随机数，要种子
    // seed()种子默认是1
    //rand.Seed(1)
    rand.Seed(time.Now().Unix())

    var b [10]int
    for i := 0; i < len(b); i++ {
        // 产生一个0到1000随机数
        b[i] = rand.Intn(1000)
    }
    sum := sumArr(b)
    fmt.Printf("sum=%d\n", sum)
}

找出数组中和为给定值的两个元素的下标，例如数组[1,3,5,8,7]，找出两个元素之和等于8的下标分别是（0，4）和（1，2）

package main

import "fmt"

//?    找出数组中和为给定值的两个元素的下标，例如数组[1,3,5,8,7]，
// 找出两个元素之和等于8的下标分别是（0，4）和（1，2）

// 求元素和，是给定的值
func myTest(a [5]int, target int) {
    // 遍历数组
    for i := 0; i < len(a); i++ {
        other := target - a[i]
        // 继续遍历
        for j := i + 1; j < len(a); j++ {
            if a[j] == other {
                fmt.Printf("(%d,%d)\n", i, j)
            }
        }
    }
}

func main() {
    b := [5]int{1, 3, 5, 8, 7}
    myTest(b, 8)
}

2. 切片Slice

需要说明，slice 并不是数组或数组指针。它通过内部指针和相关属性引用数组片段，以实现变长方案。

    1. 切片：切片是数组的一个引用，因此切片是引用类型。但自身是结构体，值拷贝传递。
    2. 切片的长度可以改变，因此，切片是一个可变的数组。
    3. 切片遍历方式和数组一样，可以用len()求长度。表示可用元素数量，读写操作不能超过该限制。 
    4. cap可以求出slice最大扩张容量，不能超出数组限制。0 <= len(slice) <= len(array)，其中array是slice引用的数组。
    5. 切片的定义：var 变量名 []类型，比如 var str []string  var arr []int。
    6. 如果 slice == nil，那么 len、cap 结果都等于 0。

2.1. 创建切片的各种方式

package main

import "fmt"

func main() {
   //1.声明切片
   var s1 []int
   if s1 == nil {
      fmt.Println("是空")
   } else {
      fmt.Println("不是空")
   }
   // 2.:=
   s2 := []int{}
   // 3.make()
   var s3 []int = make([]int, 0)
   fmt.Println(s1, s2, s3)
   // 4.初始化赋值
   var s4 []int = make([]int, 0, 0)
   fmt.Println(s4)
   s5 := []int{1, 2, 3}
   fmt.Println(s5)
   // 5.从数组切片
   arr := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
   var s6 []int
   // 前包后不包
   s6 = arr[1:4]
   fmt.Println(s6)
}

2.2. 切片初始化

全局：
var arr = [...]int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
var slice0 []int = arr[start:end] 
var slice1 []int = arr[:end]        
var slice2 []int = arr[start:]        
var slice3 []int = arr[:] 
var slice4 = arr[:len(arr)-1]      //去掉切片的最后一个元素
局部：
arr2 := [...]int{9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0}
slice5 := arr[start:end]
slice6 := arr[:end]        
slice7 := arr[start:]     
slice8 := arr[:]  
slice9 := arr[:len(arr)-1] //去掉切片的最后一个元素

代码：

package main

import (
    "fmt"
)

var arr = [...]int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
var slice0 []int = arr[2:8]
var slice1 []int = arr[0:6]        //可以简写为 var slice []int = arr[:end]
var slice2 []int = arr[5:10]       //可以简写为 var slice[]int = arr[start:]
var slice3 []int = arr[0:len(arr)] //var slice []int = arr[:]
var slice4 = arr[:len(arr)-1]      //去掉切片的最后一个元素
func main() {
    fmt.Printf("全局变量：arr %v\n", arr)
    fmt.Printf("全局变量：slice0 %v\n", slice0)
    fmt.Printf("全局变量：slice1 %v\n", slice1)
    fmt.Printf("全局变量：slice2 %v\n", slice2)
    fmt.Printf("全局变量：slice3 %v\n", slice3)
    fmt.Printf("全局变量：slice4 %v\n", slice4)
    fmt.Printf("-----------------------------------\n")
    arr2 := [...]int{9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0}
    slice5 := arr[2:8]
    slice6 := arr[0:6]         //可以简写为 slice := arr[:end]
    slice7 := arr[5:10]        //可以简写为 slice := arr[start:]
    slice8 := arr[0:len(arr)]  //slice := arr[:]
    slice9 := arr[:len(arr)-1] //去掉切片的最后一个元素
    fmt.Printf("局部变量： arr2 %v\n", arr2)
    fmt.Printf("局部变量： slice5 %v\n", slice5)
    fmt.Printf("局部变量： slice6 %v\n", slice6)
    fmt.Printf("局部变量： slice7 %v\n", slice7)
    fmt.Printf("局部变量： slice8 %v\n", slice8)
    fmt.Printf("局部变量： slice9 %v\n", slice9)
}

输出结果：

    全局变量：arr [0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]
    全局变量：slice0 [2 3 4 5 6 7]
    全局变量：slice1 [0 1 2 3 4 5]
    全局变量：slice2 [5 6 7 8 9]
    全局变量：slice3 [0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]
    全局变量：slice4 [0 1 2 3 4 5 6 7 8]
    -----------------------------------
    局部变量： arr2 [9 8 7 6 5 4 3 2 1 0]
    局部变量： slice5 [2 3 4 5 6 7]
    局部变量： slice6 [0 1 2 3 4 5]
    局部变量： slice7 [5 6 7 8 9]
    局部变量： slice8 [0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]
    局部变量： slice9 [0 1 2 3 4 5 6 7 8]

2.3. 通过make来创建切片

    var slice []type = make([]type, len)
    slice  := make([]type, len)
    slice  := make([]type, len, cap)

代码：

package main

import (
    "fmt"
)

var slice0 []int = make([]int, 10)
var slice1 = make([]int, 10)
var slice2 = make([]int, 10, 10)

func main() {
    fmt.Printf("make全局slice0 ：%v\n", slice0)
    fmt.Printf("make全局slice1 ：%v\n", slice1)
    fmt.Printf("make全局slice2 ：%v\n", slice2)
    fmt.Println("--------------------------------------")
    slice3 := make([]int, 10)
    slice4 := make([]int, 10)
    slice5 := make([]int, 10, 10)
    fmt.Printf("make局部slice3 ：%v\n", slice3)
    fmt.Printf("make局部slice4 ：%v\n", slice4)
    fmt.Printf("make局部slice5 ：%v\n", slice5)
}

输出结果：

    make全局slice0 ：[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]
    make全局slice1 ：[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]
    make全局slice2 ：[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]
    --------------------------------------
    make局部slice3 ：[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]
    make局部slice4 ：[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]
    make局部slice5 ：[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]

切片的内存布局

读写操作实际目标是底层数组，只需注意索引号的差别。

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    data := [...]int{0, 1, 2, 3, 4, 5}

    s := data[2:4]
    s[0] += 100
    s[1] += 200

    fmt.Println(s)
    fmt.Println(data)
}

输出:

    [102 203]
    [0 1 102 203 4 5]

可直接创建 slice 对象，自动分配底层数组。

package main

import "fmt"

func main() {
    s1 := []int{0, 1, 2, 3, 8: 100} // 通过初始化表达式构造，可使用索引号。
    fmt.Println(s1, len(s1), cap(s1))

    s2 := make([]int, 6, 8) // 使用 make 创建，指定 len 和 cap 值。
    fmt.Println(s2, len(s2), cap(s2))

    s3 := make([]int, 6) // 省略 cap，相当于 cap = len。
    fmt.Println(s3, len(s3), cap(s3))
}

输出结果:

    [0 1 2 3 0 0 0 0 100] 9 9
    [0 0 0 0 0 0] 6 8
    [0 0 0 0 0 0] 6 6

使用 make 动态创建slice，避免了数组必须用常量做长度的麻烦。还可用指针直接访问底层数组，退化成普通数组操作。

package main

import "fmt"

func main() {
    s := []int{0, 1, 2, 3}
    p := &s[2] // *int, 获取底层数组元素指针。
    *p += 100

    fmt.Println(s)
}

输出结果:

    [0 1 102 3]

至于 [][]T，是指元素类型为 []T 。

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    data := [][]int{
        []int{1, 2, 3},
        []int{100, 200},
        []int{11, 22, 33, 44},
    }
    fmt.Println(data)
}

输出结果：

    [[1 2 3] [100 200] [11 22 33 44]]

可直接修改 struct array/slice 成员。

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    d := [5]struct {
        x int
    }{}

    s := d[:]

    d[1].x = 10
    s[2].x = 20

    fmt.Println(d)
    fmt.Printf("%p, %p\n", &d, &d[0])

}

输出结果:

    [{0} {10} {20} {0} {0}]
    0xc4200160f0, 0xc4200160f0

2.4. 用append内置函数操作切片（切片追加）

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {

    var a = []int{1, 2, 3}
    fmt.Printf("slice a : %v\n", a)
    var b = []int{4, 5, 6}
    fmt.Printf("slice b : %v\n", b)
    c := append(a, b...)
    fmt.Printf("slice c : %v\n", c)
    d := append(c, 7)
    fmt.Printf("slice d : %v\n", d)
    e := append(d, 8, 9, 10)
    fmt.Printf("slice e : %v\n", e)

}

输出结果：

    slice a : [1 2 3]
    slice b : [4 5 6]
    slice c : [1 2 3 4 5 6]
    slice d : [1 2 3 4 5 6 7]
    slice e : [1 2 3 4 5 6 7 8 9 10]

append ：向 slice 尾部添加数据，返回新的 slice 对象。

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {

    s1 := make([]int, 0, 5)
    fmt.Printf("%p\n", &s1)

    s2 := append(s1, 1)
    fmt.Printf("%p\n", &s2)

    fmt.Println(s1, s2)

}

输出结果：

    0xc42000a060
    0xc42000a080
    [] [1]

2.5. 超出原 slice.cap 限制，就会重新分配底层数组，即便原数组并未填满。

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {

    data := [...]int{0, 1, 2, 3, 4, 10: 0}
    s := data[:2:3]

    s = append(s, 100, 200) // 一次 append 两个值，超出 s.cap 限制。

    fmt.Println(s, data)         // 重新分配底层数组，与原数组无关。
    fmt.Println(&s[0], &data[0]) // 比对底层数组起始指针。

}

输出结果:

    [0 1 100 200] [0 1 2 3 4 0 0 0 0 0 0]
    0xc4200160f0 0xc420070060

从输出结果可以看出，append 后的 s 重新分配了底层数组，并复制数据。如果只追加一个值，则不会超过 s.cap 限制，也就不会重新分配。 通常以 2 倍容量重新分配底层数组。在大批量添加数据时，建议一次性分配足够大的空间，以减少内存分配和数据复制开销。或初始化足够长的 len 属性，改用索引号进行操作。及时释放不再使用的 slice 对象，避免持有过期数组，造成 GC 无法回收。

2.6. slice中cap重新分配规律：

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {

    s := make([]int, 0, 1)
    c := cap(s)

    for i := 0; i < 50; i++ {
        s = append(s, i)
        if n := cap(s); n > c {
            fmt.Printf("cap: %d -> %d\n", c, n)
            c = n
        }
    }

}

输出结果:

    cap: 1 -> 2
    cap: 2 -> 4
    cap: 4 -> 8
    cap: 8 -> 16
    cap: 16 -> 32
    cap: 32 -> 64

2.7. 切片拷贝

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {

    s1 := []int{1, 2, 3, 4, 5}
    fmt.Printf("slice s1 : %v\n", s1)
    s2 := make([]int, 10)
    fmt.Printf("slice s2 : %v\n", s2)
    copy(s2, s1)
    fmt.Printf("copied slice s1 : %v\n", s1)
    fmt.Printf("copied slice s2 : %v\n", s2)
    s3 := []int{1, 2, 3}
    fmt.Printf("slice s3 : %v\n", s3)
    s3 = append(s3, s2...)
    fmt.Printf("appended slice s3 : %v\n", s3)
    s3 = append(s3, 4, 5, 6)
    fmt.Printf("last slice s3 : %v\n", s3)

}

输出结果：

    slice s1 : [1 2 3 4 5]
    slice s2 : [0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]
    copied slice s1 : [1 2 3 4 5]
    copied slice s2 : [1 2 3 4 5 0 0 0 0 0]
    slice s3 : [1 2 3]
    appended slice s3 : [1 2 3 1 2 3 4 5 0 0 0 0 0]
    last slice s3 : [1 2 3 1 2 3 4 5 0 0 0 0 0 4 5 6]

copy ：函数 copy 在两个 slice 间复制数据，复制长度以 len 小的为准。两个 slice 可指向同一底层数组，允许元素区间重叠。

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {

    data := [...]int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
    fmt.Println("array data : ", data)
    s1 := data[8:]
    s2 := data[:5]
    fmt.Printf("slice s1 : %v\n", s1)
    fmt.Printf("slice s2 : %v\n", s2)
    copy(s2, s1)
    fmt.Printf("copied slice s1 : %v\n", s1)
    fmt.Printf("copied slice s2 : %v\n", s2)
    fmt.Println("last array data : ", data)

}

输出结果:

    array data :  [0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]
    slice s1 : [8 9]
    slice s2 : [0 1 2 3 4]
    copied slice s1 : [8 9]
    copied slice s2 : [8 9 2 3 4]
    last array data :  [8 9 2 3 4 5 6 7 8 9]

应及时将所需数据 copy 到较小的 slice，以便释放超大号底层数组内存。

2.8. slice遍历：

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {

    data := [...]int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
    slice := data[:]
    for index, value := range slice {
        fmt.Printf("inde : %v , value : %v\n", index, value)
    }

}

输出结果：

    inde : 0 , value : 0
    inde : 1 , value : 1
    inde : 2 , value : 2
    inde : 3 , value : 3
    inde : 4 , value : 4
    inde : 5 , value : 5
    inde : 6 , value : 6
    inde : 7 , value : 7
    inde : 8 , value : 8
    inde : 9 , value : 9

2.9. 切片resize（调整大小）

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    var a = []int{1, 3, 4, 5}
    fmt.Printf("slice a : %v , len(a) : %v\n", a, len(a))
    b := a[1:2]
    fmt.Printf("slice b : %v , len(b) : %v\n", b, len(b))
    c := b[0:3]
    fmt.Printf("slice c : %v , len(c) : %v\n", c, len(c))
}

输出结果：

    slice a : [1 3 4 5] , len(a) : 4
    slice b : [3] , len(b) : 1
    slice c : [3 4 5] , len(c) : 3

2.10. 数组和切片的内存布局

2.11. 字符串和切片（string and slice）

string底层就是一个byte的数组，因此，也可以进行切片操作。

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    str := "hello world"
    s1 := str[0:5]
    fmt.Println(s1)

    s2 := str[6:]
    fmt.Println(s2)
}

输出结果：

    hello
    world

string本身是不可变的，因此要改变string中字符。需要如下操作： 英文字符串：

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    str := "Hello world"
    s := []byte(str) //中文字符需要用[]rune(str)
    s[6] = 'G'
    s = s[:8]
    s = append(s, '!')
    str = string(s)
    fmt.Println(str)
}

输出结果：

    Hello Go!

2.12. 含有中文字符串：

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    str := "你好，世界！hello world！"
    s := []rune(str) 
    s[3] = '够'
    s[4] = '浪'
    s[12] = 'g'
    s = s[:14]
    str = string(s)
    fmt.Println(str)
}

输出结果：

你好，够浪！hello go

golang slice data[:6:8] 两个冒号的理解

常规slice , data[6:8]，从第6位到第8位（返回6， 7），长度len为2， 最大可扩充长度cap为4（6-9）

另一种写法： data[:6:8] 每个数字前都有个冒号， slice内容为data从0到第6位，长度len为6，最大扩充项cap设置为8

a[x:y:z] 切片内容 [x:y] 切片长度: y-x 切片容量:z-x

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    slice := []int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
    d1 := slice[6:8]
    fmt.Println(d1, len(d1), cap(d1))
    d2 := slice[:6:8]
    fmt.Println(d2, len(d2), cap(d2))
}

数组or切片转字符串：

    strings.Replace(strings.Trim(fmt.Sprint(array_or_slice), "[]"), " ", ",", -1)

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参考文章：

切片Slice · Go语言中文文档 (topgoer.com)

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