切片:用法和本质[翻译]

前端之家收集整理的这篇文章主要介绍了切片:用法和本质[翻译]前端之家小编觉得挺不错的,现在分享给大家,也给大家做个参考。

Go的切片类型为处理同类型数据序列提供一个方便而高效的方式。切片有些类似于其他语言中的数组,但是有一些不同寻常的特性。本文将深入切片的本质,并讲解它的用法

数组

Go的切片是在数组之上的抽象数据类型,因此在了解切片之前必须要要理解数组。

数组类型由指定和长度和元素类型定义。例如,[4]int 类型表示一个四个整数的序列。数组的长度是固定的,长度是数组类型的一部分(int[4][5]int 是完全不同的类型)。数组可以以常规的索引方式访问,表达式 s[n] 访问数组的第 n 个元素。

  1. var a [4]int
  2. a[0] = 1
  3. i := a[0]
  4. // i == 1

数组不需要显式的初始化;数组元素会自动初始化为零值:

  1. // a[2] == 0,the zero value of the int type

类型4int对应内存中四个连续的整数:

Go的数组是值语义。一个数组变量表示整个数组,它不是指向第一个元素的指针(比如C语言的数组)。当一个数组变量被赋值或者被传递的时候,实际上会复制整个数组。(为了避免复制数组,你可以传递一个指向数组的指针,但是数组指针并不是数组。)可以将数组看作一个特殊的struct,结构的字段名对应数组的索引,同时成员的数目固定。

数组的字面值想这样:

  1. b := [2]string{"Penn","Teller"}

当然,也可以让编译器统计数组字面值中元素的数目:

  1. b := [...]string{"Penn","Teller"}

这两种写法,b 都是对应 [2]string 类型。

切片

数组虽然有适用它们的地方,但是数组不够灵活,因此在Go代码中数组使用的并不多。但是,切片则使用得相当广泛。切片基于数组构建,但是提供更强的功能和便利。

切片的类型是 []TT 是切片元素的类型。和数组不同的是,切片没有固定的长度。

切片的字面值和数组字面值很像,不过切片没有指定元素个数:

  1. letters := []string{"a","b","c","d"}

切片可以内置函数 make 创建,函数签名为:

  1. func make([]T,len,cap) []T

T 代表被创建的切片元素的类型。函数 make 接受一个类型、一个长度和一个可选的容量参数。调用 make 时,内部会分配一个数组,然后返回数组对应的切片。

  1. var s []byte
  2. s = make([]byte,5,5)
  3. // s == []byte{0,0}

当容量参数被忽略时,它默认为指定的长度。下面是简洁的写法:

  1. s := make([]byte,5)

可以使用内置函数 lencap 获取切片的长度和容量信息。

  1. len(s) == 5
  2. cap(s) == 5

接下来的两个小节将讨论长度和容量之间的关系。

零值的切片类型变量为 nil。对于零值切片变量,lencap 都将返回 0

切片也可以基于现有的切片或数组生成。切分的范围由两个由冒号分割的索引对应的半开区间指定。例如,表达式 b[1:4] 创建的切片引用数组 b 的第 13 个元素空间(对应切片的索引为0到2)。

  1. b := []byte{'g','o','l','a','n','g'}
  2. // b[1:4] == []byte{'o','a'},sharing the same storage as b

切片的开始和结束的索引都是可选的;它们分别默认为零和数组的长度。

  1. // b[:2] == []byte{'g','o'}
  2. // b[2:] == []byte{'l','g'}
  3. // b[:] == b

下面语法也是基于数组创建一个切片:

  1. x := [3]string{"Лайка","Белка","Стрелка"}
  2. s := x[:] // a slice referencing the storage of x

切片的本质

一个切片是一个数组切割区间的描述。它包含了指向数组的指针,切割区间的长度,和容量(切割区间的最大长度)。

前面使用 make([]byte,5) 创建的切片变量s的结构如下:

长度是切片引用的元素数目。容量是底层数组的元素数目(从切片指针开始)。关于长度和容量和区域将在下一个例子说明。

我们继续对 s 进行切分,观察切片的数据结构和它引用的底层数组:

  1. s = s[2:4]

切片并不复制整个切片元素。它创建一个新的切片执行同样的底层数组。这使得切片操作和数组索引一样高效。因此,通过一个新切片修改元素同样会影响到原始的切片。

  1. d := []byte{'r','d'}
  2. e := d[2:]
  3. // e == []byte{'a','d'}
  4. e[1] = 'm'
  5. // e == []byte{'a','m'}
  6. // d == []byte{'r','m'}

前面创建的切片 s 长度小于它的容量。我们可以增长切片的长度为它的容量:

  1. s = s[:cap(s)]

切片增长不能超出其容量。增长超出切片容量将会导致运行时异常,就像切片或数组的索引超出范围引起异常一样。同样,不能使用小于零的索引去访问切片之前的元素。

切片生长(复制和追加)

增加切片的容量必须创建一个新的、更大容量的切片,然后将原有切片的内容复制到新的切片。整个技术是一些支持动态数组语言的常见实现。下面的例子将切片 s 容量翻倍,先创建一个2倍容量的新切片 t,复制 s 的元素到 t,然后将 t 赋值给 s

  1. t := make([]byte,len(s),(cap(s)+1)*2) // +1 in case cap(s) == 0
  2. for i := range s {
  3. t[i] = s[i]
  4. }
  5. s = t

循环中复制的操作可以由 copy 内置函数替代。copy 函数将源切片的元素复制到目的切片。它返回复制元素的数目。

  1. func copy(dst,src []T) int

copy 函数支持不同长度的切片之间的复制(它只复制最小切片长度的元素)。此外,copy 函数可以正确处理源和目的切片有重叠的情况。

使用 copy 函数,我们可以简化上面的代码片段:

  1. t := make([]byte,(cap(s)+1)*2)
  2. copy(t,s)
  3. s = t

一个常见的操作是将数据追加到切片的尾部。下面的函数将元素追加到切片尾部,必要的话会增加切片的容量,最后返回更新的切片:

  1. func AppendByte(slice []byte,data ...byte) []byte {
  2. m := len(slice)
  3. n := m + len(data)
  4. if n > cap(slice) { // if necessary,reallocate
  5. // allocate double what's needed,for future growth.
  6. newSlice := make([]byte,(n+1)*2)
  7. copy(newSlice,slice)
  8. slice = newSlice
  9. }
  10. slice = slice[0:n]
  11. copy(slice[m:n],data)
  12. return slice
  13. }

下面是 AppendByte 的一种用法

  1. p := []byte{2,3,5}
  2. p = AppendByte(p,7,11,13)
  3. // p == []byte{2,13}

类似 AppendByte函数比较实用,因为它提供了切片容量增长的完全控制。根据程序的特点,可能希望分配较小的活较大的块,或则是超过某个大小再分配。

但大多数程序不需要完全的控制,因此Go提供了一个内置函数 append,用于大多数场合;它的函数签名:

  1. func append(s []T,x ...T) []T

append函数将x追加到切片s的末尾,并且在必要的时候增加容量。

  1. a := make([]int,1)
  2. // a == []int{0}
  3. a = append(a,1,2,3)
  4. // a == []int{0,3}

如果是要将一个切片追加到另一个切片尾部,需要使用...语法将第2个参数展开为参数列表。

  1. a := []string{"John","Paul"}
  2. b := []string{"George","Ringo","Pete"}
  3. a = append(a,b...) // equivalent to "append(a,b[0],b[1],b[2])"
  4. // a == []string{"John","Paul","George","Pete"}

可以声明一个零值切片(nil),然后在循环中向切片追加数据:

  1. // Filter returns a new slice holding only
  2. // the elements of s that satisfy f()
  3. func Filter(s []int,fn func(int) bool) []int {
  4. var p []int // == nil
  5. for _,i := range s {
  6. if fn(i) {
  7. p = append(p,i)
  8. }
  9. }
  10. return p
  11. }

可能的“陷阱”

正如前面所说,切片操作并不会复制底层的数组。此层的数组将被保存在内存中,知道它不再被引用。有时候可能会因为一个小的内存引用导致保存所有的数据。

例如,FindDigits 函数加载整个文件到内存,然后搜索第一个连续的数字,最后结果以切片方式返回。

  1. var digitRegexp = regexp.MustCompile("[0-9]+")
  2.  
  3. func FindDigits(filename string) []byte {
  4. b,_ := IoUtil.ReadFile(filename)
  5. return digitRegexp.Find(b)
  6. }

这段代码的行为和广告类似,返回的 []byte 指向保存整个文件的数组。因为切片引用了原始的数组,导致GC不能释放数组的空间;一个小的需求导致需要保存整个文件

要修复整个问题,可以将感兴趣的数据复制到一个新的切片中:

  1. func CopyDigits(filename string) []byte {
  2. b,_ := IoUtil.ReadFile(filename)
  3. b = digitRegexp.Find(b)
  4. c := make([]byte,len(b))
  5. copy(c,b)
  6. return c
  7. }

可以使用 append 实现一个更简洁的版本。这留给读者作为练习。

进阶阅读

Effective Go 有关于切片和数组的深入探讨,并且Go 语言规范 定义了切片的相关、辅助、专有的函数

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