7.2 切片

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2023-12-01

7.2.1 概念

切片（slice）是对数组一个连续片段的引用（该数组我们称之为相关数组，通常是匿名的），所以切片是一个引用类型（因此更类似于 C/C++ 中的数组类型，或者 Python 中的 list 类型）。这个片段可以是整个数组，或者是由起始和终止索引标识的一些项的子集。需要注意的是，终止索引标识的项不包括在切片内。切片提供了一个相关数组的动态窗口。

切片是可索引的，并且可以由 len() 函数获取长度。

给定项的切片索引可能比相关数组的相同元素的索引小。和数组不同的是，切片的长度可以在运行时修改，最小为 0 最大为相关数组的长度：切片是一个 长度可变的数组。

切片提供了计算容量的函数 cap() 可以测量切片最长可以达到多少：它等于切片的长度 + 数组除切片之外的长度。如果 s 是一个切片，cap(s) 就是从 s[0] 到数组末尾的数组长度。切片的长度永远不会超过它的容量，所以对于切片 s 来说该不等式永远成立：0 <= len(s) <= cap(s)。

多个切片如果表示同一个数组的片段，它们可以共享数据；因此一个切片和相关数组的其他切片是共享存储的，相反，不同的数组总是代表不同的存储。数组实际上是切片的构建块。

优点因为切片是引用，所以它们不需要使用额外的内存并且比使用数组更有效率，所以在 Go 代码中切片比数组更常用。

声明切片的格式是： var identifier []type（不需要说明长度）。

一个切片在未初始化之前默认为 nil，长度为 0。

切片的初始化格式是：var slice1 []type = arr1[start:end]。

这表示 slice1 是由数组 arr1 从 start 索引到 end-1 索引之间的元素构成的子集（切分数组，start:end 被称为 slice 表达式）。所以 slice1[0] 就等于 arr1[start]。这可以在 arr1 被填充前就定义好。

如果某个人写：var slice1 []type = arr1[:] 那么 slice1 就等于完整的 arr1 数组（所以这种表示方式是 arr1[0:len(arr1)] 的一种缩写）。另外一种表述方式是：slice1 = &arr1。

arr1[2:] 和 arr1[2:len(arr1)] 相同，都包含了数组从第三个到最后的所有元素。

arr1[:3] 和 arr1[0:3] 相同，包含了从第一个到第三个元素（不包括第四个）。

如果你想去掉 slice1 的最后一个元素，只要 slice1 = slice1[:len(slice1)-1]。

一个由数字 1、2、3 组成的切片可以这么生成：s := [3]int{1,2,3}[:](注: 应先用s := [3]int{1, 2, 3}生成数组, 再使用s[:]转成切片) 甚至更简单的 s := []int{1,2,3}。

s2 := s[:] 是用切片组成的切片，拥有相同的元素，但是仍然指向相同的相关数组。

一个切片 s 可以这样扩展到它的大小上限：s = s[:cap(s)]，如果再扩大的话就会导致运行时错误（参见第 7.7 节）。

对于每一个切片（包括 string），以下状态总是成立的：

s == s[:i] + s[i:] // i是一个整数且: 0 <= i <= len(s)
len(s) <= cap(s)

切片也可以用类似数组的方式初始化：var x = []int{2, 3, 5, 7, 11}。这样就创建了一个长度为 5 的数组并且创建了一个相关切片。

切片在内存中的组织方式实际上是一个有 3 个域的结构体：指向相关数组的指针，切片长度以及切片容量。下图给出了一个长度为 2，容量为 4 的切片y。

y[0] = 3 且 y[1] = 5。
切片 y[0:4] 由元素 3，5，7 和 11 组成。

示例 7.7 array_slices.go

package main
import "fmt"

func main() {
    var arr1 [6]int
    var slice1 []int = arr1[2:5] // item at index 5 not included!

    // load the array with integers: 0,1,2,3,4,5
    for i := 0; i < len(arr1); i++ {
        arr1[i] = i
    }

    // print the slice
    for i := 0; i < len(slice1); i++ {
        fmt.Printf("Slice at %d is %dn", i, slice1[i])
    }

    fmt.Printf("The length of arr1 is %dn", len(arr1))
    fmt.Printf("The length of slice1 is %dn", len(slice1))
    fmt.Printf("The capacity of slice1 is %dn", cap(slice1))

    // grow the slice
    slice1 = slice1[0:4]
    for i := 0; i < len(slice1); i++ {
        fmt.Printf("Slice at %d is %dn", i, slice1[i])
    }
    fmt.Printf("The length of slice1 is %dn", len(slice1))
    fmt.Printf("The capacity of slice1 is %dn", cap(slice1))

    // grow the slice beyond capacity
    //slice1 = slice1[0:7 ] // panic: runtime error: slice bound out of range
}

输出：

Slice at 0 is 2  
Slice at 1 is 3  
Slice at 2 is 4  
The length of arr1 is 6  
The length of slice1 is 3  
The capacity of slice1 is 4  
Slice at 0 is 2  
Slice at 1 is 3  
Slice at 2 is 4  
Slice at 3 is 5  
The length of slice1 is 4  
The capacity of slice1 is 4

如果 s2 是一个 slice，你可以将 s2 向后移动一位 s2 = s2[1:]，但是末尾没有移动。切片只能向后移动，s2 = s2[-1:] 会导致编译错误。切片不能被重新分片以获取数组的前一个元素。

注意绝对不要用指针指向 slice。切片本身已经是一个引用类型，所以它本身就是一个指针!!

问题 7.2：给定切片 b:= []byte{'g', 'o', 'l', 'a', 'n', 'g'}，那么 b[1:4]、b[:2]、b[2:] 和 b[:] 分别是什么？

7.2.2 将切片传递给函数

如果你有一个函数需要对数组做操作，你可能总是需要把参数声明为切片。当你调用该函数时，把数组分片，创建为一个切片引用并传递给该函数。这里有一个计算数组元素和的方法:

func sum(a []int) int {
    s := 0
    for i := 0; i < len(a); i++ {
        s += a[i]
    }
    return s
}

func main() {
    var arr = [5]int{0, 1, 2, 3, 4}
    sum(arr[:])
}

7.2.3 用 make() 创建一个切片

当相关数组还没有定义时，我们可以使用 make() 函数来创建一个切片同时创建好相关数组：var slice1 []type = make([]type, len)。

也可以简写为 slice1 := make([]type, len)，这里 len 是数组的长度并且也是 slice 的初始长度。

所以定义 s2 := make([]int, 10)，那么 cap(s2) == len(s2) == 10。

make 接受 2 个参数：元素的类型以及切片的元素个数。

如果你想创建一个 slice1，它不占用整个数组，而只是占用以 len 为个数个项，那么只要：slice1 := make([]type, len, cap)。

make 的使用方式是：func make([]T, len, cap)，其中 cap 是可选参数。

所以下面两种方法可以生成相同的切片:

make([]int, 50, 100)
new([100]int)[0:50]

下图描述了使用 make 方法生成的切片的内存结构：

示例 7.8 make_slice.go

package main
import "fmt"

func main() {
    var slice1 []int = make([]int, 10)
    // load the array/slice:
    for i := 0; i < len(slice1); i++ {
        slice1[i] = 5 * i
    }

    // print the slice:
    for i := 0; i < len(slice1); i++ {
        fmt.Printf("Slice at %d is %dn", i, slice1[i])
    }
    fmt.Printf("nThe length of slice1 is %dn", len(slice1))
    fmt.Printf("The capacity of slice1 is %dn", cap(slice1))
}

输出：

Slice at 0 is 0  
Slice at 1 is 5  
Slice at 2 is 10  
Slice at 3 is 15  
Slice at 4 is 20  
Slice at 5 is 25  
Slice at 6 is 30  
Slice at 7 is 35  
Slice at 8 is 40  
Slice at 9 is 45  

The length of slice1 is 10  
The capacity of slice1 is 10

因为字符串是纯粹不可变的字节数组，它们也可以被切分成切片。

练习 7.4： fobinacci_funcarray.go: 为练习 7.3 写一个新的版本，主函数调用一个使用序列个数作为参数的函数，该函数返回一个大小为序列个数的 Fibonacci 切片。

7.2.4 new() 和 make() 的区别

看起来二者没有什么区别，都在堆上分配内存，但是它们的行为不同，适用于不同的类型。

new(T) 为每个新的类型T分配一片内存，初始化为 0 并且返回类型为*T的内存地址：这种方法 返回一个指向类型为 T，值为 0 的地址的指针，它适用于值类型如数组和结构体（参见第 10 章）；它相当于 &T{}。
make(T) 返回一个类型为 T 的初始值，它只适用于3种内建的引用类型：切片、map 和 channel（参见第 8 章，第 13 章）。

换言之，new 函数分配内存，make 函数初始化；下图给出了区别：

在图 7.3 的第一幅图中：

var p *[]int = new([]int) // *p == nil; with len and cap 0
p := new([]int)

在第二幅图中， p := make([]int, 0) ，切片已经被初始化，但是指向一个空的数组。

以上两种方式实用性都不高。下面的方法：

var v []int = make([]int, 10, 50)

或者

v := make([]int, 10, 50)

这样分配一个有 50 个 int 值的数组，并且创建了一个长度为 10，容量为 50 的切片 v，该切片指向数组的前 10 个元素。

问题 7.3 给定 s := make([]byte, 5)，len(s) 和 cap(s) 分别是多少？s = s[2:4]，len(s) 和 cap(s) 又分别是多少？
问题 7.4 假设 s1 := []byte{'p', 'o', 'e', 'm'} 且 s2 := s1[2:]，s2 的值是多少？如果我们执行 s2[1] = 't'，s1 和 s2 现在的值又分别是多少？

7.2.5 多维切片

和数组一样，切片通常也是一维的，但是也可以由一维组合成高维。通过分片的分片（或者切片的数组），长度可以任意动态变化，所以 Go 语言的多维切片可以任意切分。而且，内层的切片必须单独分配（通过 make 函数）。

7.2.6 bytes 包

类型 []byte 的切片十分常见，Go 语言有一个 bytes 包专门用来解决这种类型的操作方法。

bytes 包和字符串包十分类似（参见第 4.7 节）。而且它还包含一个十分有用的类型 Buffer:

import "bytes"

type Buffer struct {
    ...
}

这是一个长度可变的 bytes 的 buffer，提供 Read 和 Write 方法，因为读写长度未知的 bytes 最好使用 buffer。

Buffer 可以这样定义：var buffer bytes.Buffer。

或者使用 new 获得一个指针：var r *bytes.Buffer = new(bytes.Buffer)。

或者通过函数：func NewBuffer(buf []byte) *Buffer，创建一个 Buffer 对象并且用 buf 初始化好；NewBuffer 最好用在从 buf 读取的时候使用。

通过 buffer 串联字符串

类似于 Java 的 StringBuilder 类。

在下面的代码段中，我们创建一个 buffer，通过 buffer.WriteString(s) 方法将字符串 s 追加到后面，最后再通过 buffer.String() 方法转换为 string：

var buffer bytes.Buffer
for {
    if s, ok := getNextString(); ok { //method getNextString() not shown here
        buffer.WriteString(s)
    } else {
        break
    }
}
fmt.Print(buffer.String(), "n")

这种实现方式比使用 += 要更节省内存和 CPU，尤其是要串联的字符串数目特别多的时候。

练习 7.5 给定切片 sl，将一个 []byte 数组追加到 sl 后面。写一个函数 Append(slice, data []byte) []byte，该函数在 sl 不能存储更多数据的时候自动扩容。
练习 7.6 把一个缓存 buf 分片成两个切片：第一个是前 n 个 bytes，后一个是剩余的，用一行代码实现。