7、Go语言基础之切片（slice）
1、切片介绍
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。
和数组不同的是，切片类型并没有给定固定的长度。
2、切片
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。
地址:数组类型做的一层封装，数组中第一位元素的内存地址
长度:切片中有多少个元素 #len()
容量: 最大能放多少个元素 #cap()
3、切片的定义
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
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，可无限制放入元素:
lets := []string{"a", "b", "c", "d"}
例：
package main
import "fmt"
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
}
4、切片的长度和容量
切片拥有自己的长度和容量，可通过使用内置的len()函数求长度，使用内置的cap()函数求切片的容量。
package main
import "fmt"
func main() {
var b = []int{1, 2, 3, 4, 5, 6}
fmt.Println(cap(b))
}
>>>
6
5、切片表达式
切片表达式从字符串、数组、指向数组或切片的指针构造子字符串或切片。
它有两种变体：
一种指定low和high两个索引界限值的简单的形式，
另一种是除了low和high索引界限值外还指定容量的完整的形式。
切片的底层就是一个数组，所以我们可以基于数组通过切片表达式得到切片。 切片表达式中的low和high表示一个索引范围（左包含，右不包含），也就是下面代码中从数组a中选出1<=索引值<4的元素组成切片s，得到的切片长度=high-low，容量等于得到的切片的底层数组的容量。
func main() {
a := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
b := a[1:3] // b := a[low:high] 舍弃前1个值
fmt.Printf("a=%v len(a)=%v cap(a)=%v\n", a, len(a), cap(a))
fmt.Printf("b=%v len(b)=%v cap(b)=%v\n", b, len(b), cap(b))
}
>>>
a=[1 2 3 4 5] len(a)=5 cap(a)=5
b=[2 3] len(b)=2 cap(b)=4
为什么cap(a)结果是5，cap(b)结果是4？
切片的长度是它所包含的元素个数。
切片的容量是从它的第一个元素(low索引界限值)开始数,若没有(low索引界限值)默认从索引0开始数，到其底层数组元素末尾的个数。
为了方便起见，可以省略切片表达式中的任何索引。省略了low则默认为0；省略了high则默认为切片操作数的长度:
a[2:] // 相当于 a[2:len(a)]
a[:3] // 相当于 a[0:3]
a[:] // 相当于 a[0:len(a)]
注意：
对于数组或字符串，如果0 <= low <= high <= len(a)，则索引合法，否则就会索引越界（out of range）。
对切片再执行切片表达式时（切片再切片），high的上限边界是切片的容量cap(a)，而不是长度。常量索引必须是非负的，并且可以用int类型的值表示;对于数组或常量字符串，常量索引也必须在有效范围内。如果low和high两个指标都是常数，它们必须满足low <= high。如果索引在运行时超出范围，就会发生运行时panic。
package main
import "fmt"
func main() {
a := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
b := a[1:3] // b := a[low:high]
fmt.Printf("b:%v len(b):%v cap(b):%v\n", b, len(b), cap(b))
c := b[3:4] // 索引的上限是cap(b)而不是len(b)
fmt.Printf("c:%v len(c):%v cap(c):%v\n", c, len(c), cap(c))
}
>>>
b:[2 3] len(b):2 cap(b):4
c:[5] len(c):1 cap(c):1
5.1、完整切片表达式
对于数组，指向数组的指针，或切片a(注意不能是字符串)支持完整切片表达式：
a[low : high : max] //max最大切片数量的上限边界
上面的代码会构造与切片表达式a[low: high]相同类型、相同长度和元素的切片。另外，它会将得到的结果切片的容量设置为max-low。在完整切片表达式中只有第一个索引值（low）可以省略；它默认为0。
package main
import "fmt"
func main() {
a := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
b := a[1:3:5]
fmt.Printf("b%v len(b):%v cap(b):%v\n", b, len(b), cap(b))
}
>>>
b[2 3] len(b):2 cap(b):4
完整切片表达式需要满足的条件是0 <= low <= high <= max <= cap(a)，其他条件和简单切片表达式相同。
6、使用make()函数构造切片
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
定义切片，然后引用已经创建好的数组，数组可见
切片必须初始化，或使用append才能使用，对切片初始化时，容量尽量大些，减少程序运行期间再去动态扩容
内置make函数创建切片，底层数组看不见，只能通过slice访问元素
make创建切片内存分配图
例：
package main
import "fmt"
func main() {
a := make([]int, 3, 7)
fmt.Println(a) //[0 0 0]
fmt.Println(len(a)) //3
fmt.Println(cap(a)) //7
}
上面代码中a的内部存储空间已经分配了7个，但实际上只用了3个。 容量并不会影响当前元素的个数，所以len(a)返回3，cap(a)则返回该切片的容量7。
7、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）。
例:
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：
7、切片不能直接比较
切片之间是不能比较的，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：
package main
import "fmt"
func main() {
var a []int //len(a)=0 cap(a)=0 a==nil
b := []int{} //len(b)=0 cap(b)=0 b!=nil
c := make([]int, 0) //len(c)=0 cap(c)=0 c!=nil
}
所以要判断一个切片是否是空的，要是用len(s) == 0来判断，不应该使用s == nil来判断。
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。
package main
import "fmt"
func main() {
a := make([]int, 3) //[0 0 0]
b := a //将a直接赋值给b，a和b共用一个底层数组
b[0] = 99
fmt.Println(a) //[99 0 0]
fmt.Println(b) //[99 0 0]
}
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)
}
}
>>>
0 1
1 3
2 5
0 1
1 3
2 5
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。 可以一次添加一个元素，可以添加多个元素，也可以添加另一个切片中的元素（后面加…）。
package main
import "fmt"
func main() {
var a []int
a = append(a, 1) // [1]
a = append(a, 2, 3, 4) // [1 2 3 4]
b := []int{5, 6, 7}
a = append(a, b...) // [1 2 3 4 5 6 7]
fmt.Println(a)
fmt.Println(b)
}
>>>
[1 2 3 4 5 6 7]
[5 6 7]
注意：通过var声明的零值切片可以在append()函数直接使用，无需初始化。
package main
import "fmt"
func main() {
var a []int
a = append(a, 1, 2, 3)
fmt.Println(a)
}
>>>
[1 2 3]
没有必要像下面的代码一样初始化一个切片再传入append()函数使用，
s := []int{} // 没有必要初始化
s = append(s, 1, 2, 3)
var s = make([]int) // 没有必要初始化
s = append(s, 1, 2, 3)
每个切片会指向一个底层数组，这个数组的容量够用就添加新增元素。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，所以我们通常都需要用原变量接收append函数的返回值。
例：
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)
}
}
>>>
[0] len:1 cap:1 ptr:0xc0000100c0
[0 1] len:2 cap:2 ptr:0xc000010110
[0 1 2] len:3 cap:4 ptr:0xc00000a440
[0 1 2 3] len:4 cap:4 ptr:0xc00000a440
[0 1 2 3 4] len:5 cap:8 ptr:0xc00000e280
......
上述的结果可以看出：
append()函数将元素追加到切片的最后并返回该切片。- 切片numSlice的容量按照1，2，4，8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：
package main
import "fmt"
func main() {
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]
}
>>>
[北京 上海 广州 深圳 成都 重庆]
11、切片的扩容策略
通过查看https://github.com/golang/go/blob/master/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。
12、使用copy()函数复制切片
首先看一个问题：
package main
import "fmt"
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] = 99
fmt.Println(a) //[99 2 3 4 5]
fmt.Println(b) //[99 2 3 4 5]
}
>>>
[1 2 3 4 5]
[1 2 3 4 5]
[99 2 3 4 5]
[99 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
例：
package main
import "fmt"
func main() {
// copy()复制切片
a := []int{1, 2, 3, 4, 5}
b := make([]int, 5, 5)
//b := a//直接赋值【浅拷贝】
copy(b, a) //使用copy()函数将切片a中的元素复制到切片b,【深拷贝】
fmt.Println(a) //[1 2 3 4 5]
fmt.Println(b) //[1 2 3 4 5]
b[0] = 999
fmt.Println(a) //[1 2 3 4 5]
fmt.Println(b) //[999 2 3 4 5]
}
>>>
[1 2 3 4 5]
[1 2 3 4 5]
[1 2 3 4 5]
[999 2 3 4 5]
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。
例：
package main
import "fmt"
func main() {
// 从切片中删除元素
a := []int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
// 要删除索引为2的元素
a = append(a[:2], a[3:]...)
fmt.Println(a) //[1 2 4 5 6 7 8 9]
}
>>>
[1 2 4 5 6 7 8 9]
总结：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:]...)
练习：
1.请写出下面代码的输出结果。
func main() {
var a = make([]string, 5, 10)
for i := 0; i < 10; i++ {
a = append(a, fmt.Sprintf("%v", i))
}
fmt.Println(a)
}
>>>
[ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]
2.请使用内置的sort包对数组var a = [...]int{3, 7, 8, 9, 1}进行排序。
package main
import (
"fmt"
"sort"
)
func main() {
var a = [...]int{3, 7, 8, 9, 1}
sort.Ints(a[:])
fmt.Println(a)
}
>>>
[1 3 7 8 9]
