关于go:12-GolangGo语言快速入门数组与切片

  数组和切片是Go语言提供的两种根本数据结构，数组的概念大家应该都很相熟，雷同类型元素的汇合，且元素在内存中间断存储，能够十分不便的通过下标拜访数组元素；那么什么是切片呢？切片能够了解为动静数组，也就是说数组长度（最大能够存储的元素数目）能够动静调整。切片是咱们日常开发最罕用的数据结构之一，应该重点学习。

数组

  数组的定义与应用非常简单，如上面实例所示：

package main

import "fmt"

func main() {
  var arr [3]int
  //数组拜访
  arr[0] = 100
  arr[1] = 200
  arr[2] = 300

  //arr最大能够存储三个整数，下标从0开始，最大为2
  //Invalid array index 3 (out of bounds for 3-element array)；拜访越界，无奈编译通过
  //arr[3] = 400

  fmt.Println(len(arr), arr) //len返回数组长度

  var arr1 [5]int
  //数组的类型包含：元素类型 + 数组长度，任意一项不等，阐明数组类型不同，无奈互相赋值
  //Cannot use 'arr' (type [3]int) as type [5]int
  //arr1 = arr
  fmt.Println(arr1)
}

  在应用数组过程中，须要重点留神下标最大值为len – 1，不要呈现拜访越界状况。Go语言数组和C语言数组应用十分相似，然而在数组作为函数参数应用时候，还是有些许不同的。

  首先要明确一点的是，Go语言函数传参都是传值的（输出参数会拷贝一份），而不是传递援用（输出参数的地址），因而尽管你在函数外部批改了输出参数，然而调用方变量并没有扭转，如上面事例：

package main

import "fmt"

func main() {
  arr := [6]int{1,2,3,4,5,6}
  testArray(arr)
  fmt.Println(arr)  //原数组未产生批改：[1 2 3 4 5 6]
}

func testArray(arr [6]int) {
  arr[0] = 0
  arr[5] = 500
  fmt.Println(arr) //批改数组元素：[0 2 3 4 5 500]
}

  学习过C语言数组的搭档可能会比拟纳闷，C语言在这种状况下，调用方数组元素是会同步产生扭转的。Go语言是怎么做到的呢？下面说过，Go语言函数传参都是传值的，所以Go语言会把数组所有元素全副拷贝一份，这样函数外部批改的数组就和原数组没有任何关系了。

  咱们能够简略看看Go语言汇编代码，Go语言自身提供有编译工具：

//-N 禁止优化 -l 禁止内联 -S 输入汇编
go tool compile -S -N -l test.go

"".main STEXT size=125 
  //MOVQ 拷贝8字节数据
  0x0026 00038 (test.go:6)  MOVQ  $1, "".arr+48(SP)
  0x002f 00047 (test.go:6)  MOVQ  $2, "".arr+56(SP)
  0x0038 00056 (test.go:6)  MOVQ  $3, "".arr+64(SP)
  0x0041 00065 (test.go:6)  MOVQ  $4, "".arr+72(SP)
  0x004a 00074 (test.go:6)  MOVQ  $5, "".arr+80(SP)
  0x0053 00083 (test.go:6)  MOVQ  $6, "".arr+88(SP)
  //MOVUPS 拷贝16字节数组，数组6个元素拷贝三次
  0x005c 00092 (test.go:7)  MOVUPS  "".arr+48(SP), X0
  0x0061 00097 (test.go:7)  MOVUPS  X0, (SP)
  0x0065 00101 (test.go:7)  MOVUPS  "".arr+64(SP), X0
  0x006a 00106 (test.go:7)  MOVUPS  X0, 16(SP)
  0x006f 00111 (test.go:7)  MOVUPS  "".arr+80(SP), X0
  0x0074 00116 (test.go:7)  MOVUPS  X0, 32(SP)
  0x0079 00121 (test.go:7)  CALL  "".testArray(SB)
  ……

"".testArray STEXT nosplit 
  0x000f 00015 (test.go:11) SUBQ  $136, SP

  0x0026 00038 (test.go:12) MOVQ  $0, "".arr+144(SP)
  0x0032 00050 (test.go:13) MOVQ  $500, "".arr+184(SP)

  不要被汇编两个字吓到，只有理解虚拟内存构造（重点函数栈桢构造），理解寄存器概念，理解一些常见指令含意，下面逻辑就十分分明了。”CALL testArray”就是函数调用，其下面几条指令就是参数筹备，能够很显著看到参数是对原数组的一个拷贝。上述事例栈桢构造如下图所示：

切片

  切片能够了解为动静数组，根本应用和数组比拟相似，都是间断存储，能够按下标拜访；动静的含意是，切片的容量是能够调整的，往切片追加元素时，Go语言底层判断数组容量是否足够，如果不够则触发扩容操作。

基本操作

  咱们先看一个小事例，以此理解切片的初始化、拜访、追加元素等基本操作，以及切片的长度以及容量：

package main

import "fmt"

func main() {
  //申明并初始化切片
  slice := []int{1,2,3}
  slice[0] = 100
  //len：切片长度，即切片存储了几个元素；cap：切片容量，即切片底层数组最多能存储元素数目
  fmt.Println(len(slice), cap(slice), slice) //上述申明形式，切片长度/容量都等于3： 3 3 [100 2 3]

  //往切片追加元素，留神切片slice容量是3，此时追加元素会触发扩容操作
  slice = append(slice, 4)
  fmt.Println(len(slice), cap(slice), slice) //切片曾经扩容，此时容量是6（个别按双倍容量扩容）： 4 6 [100 2 3 4]

  //切片的容量尽管是6，但长度是4，拜访下标5越界
  //slice[5] = 5 //panic: runtime error: index out of range [5] with length 4

  //也能够基于make函数申明切片；第二个参数为切片长度，第三个参数为切片容量（能够省略，默认容量等于长度）
  slice1 := make([]int, 4, 8)
  slice1[1] = 1
  slice1[2] = 2
  fmt.Println(len(slice1), cap(slice1), slice1) //4 8 [0 1 2 0]

  //切片遍历拜访
  for idx, v := range slice {
    printSliceValue(idx, v)  //printSliceValue本人轻易定义就行
  }
}

  函数len用于获取切片长度，cap用于获取切片容量；切片长度指切片元素数目，拜访下标最大为len – 1，切片容量指切片底层数组最多能存储的元素数目；append函数用于往切片追加元素，该函数会判断切片容量，如果容量不够则触发扩容操作，个别依照容量两倍扩容。make是Go语言提供的变量初始化函数，可用于初始化一些内置类型变量，如切片，map，管道chan等。

  咱们能够通过for range形式遍历切片，range能够获取以后遍历元素的索引以及元素值，那么问题来了，遍历过程中批改元素值，切片的元素会批改吗？如上面的事例：

package main

import "fmt"

func main() {
  slice := make([]int, 10, 10)
  for i := 0; i < 10; i ++ {
    slice[i] = i
  }

  for idx, v := range slice {
    v += 100
    printSliceValue(idx, v)
  }

  fmt.Println(slice)   //输入 [0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]
}

func printSliceValue(idx, val int) {
  fmt.Println(idx, val)
}

  不言而喻，这么批改元素v的值，切片slice的元素不会扭转。为什么呢？因为这里索引值v只是切片元素的一个拷贝，批改正本值，原值必定是不会扭转的。那么想在遍历中批改切片的值怎么办？能够通过slice[idx]模式批改，这样拜访到的才是切片原值。

  切片还有一个常见操作：截取，即截取该切片的一部分生成一个新的切片，语法格局为”slice[start:end]”，start与end均示意下标，左开又闭（新切片包含下标start元素，不蕴含下标end元素），新切片长度为end – start。

package main

import "fmt"

func main() {
  slice := []int{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}
  //切片截取
  slice1 := slice[2:5]
  //批改新切片slice1元素，slice元素会扭转吗？
  slice1[0] = 100
  fmt.Println(len(slice), cap(slice), slice)
  fmt.Println(len(slice1), cap(slice1), slice1)

  //slice1追加多个元素，超过其cap触发扩容
  slice1 = append(slice1, 11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22)
  //再次批改slice1元素，slice元素会扭转吗？
  slice1[0] = 200
  fmt.Println(len(slice), cap(slice), slice)
  fmt.Println(len(slice1), cap(slice1), slice1)
}

/**
输入：
10 10 [1 2 100 4 5 6 7 8 9 10]
3 8 [100 4 5]

10 10 [1 2 100 4 5 6 7 8 9 10]
15 16 [200 4 5 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22]
**/

  剖析输入构造，通过截取生成新切片slice1之后，批改slice1元素，slice元素居然也被扭转了！这是为什么呢？因为切片底层也是基于数组实现，截取后两个切片共用同一个底层数组，所以批改元素才会相互影响。那为什么append触发扩容之后，又不影响了呢？因为扩容会申请新的数组，也就是说slice1底层数组变了，与slice底层数组剥离了，此时批改元素必定不会相互影响了。

  另外留神，slice1 := slice[2:5]截取切片后，slice长度是3，然而容量是8；因为slice1与slice共用底层数组，而底层数组最大容量是10，然而slice1却是从底层数组索引2开始，所以slice1的容量就是10 – 2 = 8 了。

  最初咱们再思考一个问题，后面咱们介绍数组在传递的时候是按值传递，函数外部批改数组元素，调用方数组并没有扭转？那么切片呢？咱们须要牢记一点，Go语言传参都是按值传递的？那就是了，切片和数组一样，也不会扭转。是这样吗？咱们用一个小事例验证下：

package main

import "fmt"

func main() {
  slice := make([]int, 2, 10)
  slice[0] = 1
  slice[1] = 2
  fmt.Println(len(slice), cap(slice), slice)   //初始切片长度2，容量10：2 10 [1 2]

  testSlice(slice)
  fmt.Println(len(slice), cap(slice), slice)   //切片长度容量都没有扭转，然而切片元素扭转了：2 10 [100 200]
}

func testSlice(slice []int) {
  slice[0] = 100
  slice[1] = 200
  slice = append(slice, 300)
  fmt.Println(len(slice), cap(slice), slice) //批改切片元素，并追加一个元素，切片长度3，容量10：3 10 [100 200 300]
}

  貌似和猜测的不一样啊，testSlice函数中批改了切片元素，main函数中slice切片元素也同步扭转了；而testSlice函数追加元素，扭转了切片长度，然而main函数中slice切片长度却没有扭转。why？Go语言传参到底是传值还是传援用呢？Go语言的确是按值传参的。长度和容量都是切片的值，所以即便testSlice函数批改了main函数中也不会扭转，然而底层数组却是共用的，testSlice函数批改了main函数中会同步批改。

  看到这里可能你还是有些蛊惑，不必放心，学习下一大节切片实现原理之后，置信你会豁然开朗。

实现原理

  咱们始终说切片就是动静数组，这是怎么做到动静的呢？都晓得数组是间断内存存储的，所以想追加元素十分麻烦，须要申请更大的间断内存空间，拷贝所有数组元素，性能十分大。切片也是基于数组实现的，只不过采取预调配策略，个别切片的容量都比切片长度大，这样再往切片追加元素时，就能够防止内存调配以及数据拷贝。这样一来，切片也须要记录更多的信息：如数组首地址，用于存储元素；容量，记录底层数组最多能够存储的元素数目；长度，记录曾经存储的元素数目。容量减长度，就是数组残余长度了，即该切片在触发扩容之前，还能追加的元素数目。

  切片的定义在runtime/slice.go文件，如下：

type slice struct {
  array unsafe.Pointer
  len   int
  cap   int
}

  和咱们猜想的一样，切片蕴含三个字段，其实array是一个指针，指向底层数组收地址。该文件还定义了一些罕用的切片操作函数：

//make创立切片底层实现
func makeslice(et *_type, len, cap int) unsafe.Pointer
//切片追加元素时，容量有余扩容实现办法
func growslice(et *_type, old slice, cap int) slice
//切片数据拷贝
func slicecopy(toPtr unsafe.Pointer, toLen int, fromPtr unsafe.Pointer, fromLen int, width uintptr) int

  当咱们应用make函数创立切片类型时，底层就是调用makeslice函数调配数组，其中第一个参数type示意切片存储的元素类型，因而数组所需内存大小应该是元素大小乘数组容量。makeslice函数实现非常简单，如下：

func makeslice(et *_type, len, cap int) unsafe.Pointer {
  //math.MulUintptr返回a * b，同时判断是否产生溢出
  mem, overflow := math.MulUintptr(et.size, uintptr(cap))
  
  //省略了一些参数校验逻辑

  return mallocgc(mem, et, true) //mallocgc函数用于分配内存，第三个参数示意是否初始化内存为全零
}

  函数makeslice如同只是申请了切片底层数组内存，那么构造体slice中的其余字段呢？怎么保护呢？函数参数传递切片时，传递的到底是什么呢？这就须要咱们剖析汇编代码了。Go程序如下：

package main

import "fmt"

func main() {
  slice := make([]int, 4, 10)
  slice[0] = 100
  printInt(len(slice))
  printInt(cap(slice))

  testSlice(slice)
}

func printInt(a int) {
  fmt.Println(a)
}

func testSlice(slice []int) {
  fmt.Println(slice)
}

  编译后的汇编代码如下：

"".main STEXT size=153
  //makeslice第一个参数是类型指针，这里就是type.int
  0x0018 00024 (test.go:6)  LEAQ  type.int(SB), AX
  //筹备第二个参数
  0x001f 00031 (test.go:6)  MOVL  $4, BX
  //筹备第三个参数
  0x0024 00036 (test.go:6)  MOVL  $10, CX
  //函数调用；函数返回值即数组首地址，在AX寄存器
  0x0029 00041 (test.go:6)  CALL  runtime.makeslice(SB)
  //上面三行汇编是结构slice构造：数组首地址 + len + cap
  0x002e 00046 (test.go:6)  MOVQ  AX, "".slice+32(SP)
  0x0033 00051 (test.go:6)  MOVQ  $4, "".slice+40(SP)
  0x003c 00060 (test.go:6)  MOVQ  $10, "".slice+48(SP)

  //AX寄存器存储数组首地址，即赋值slice[0] = 100
  0x0047 00071 (test.go:7)  MOVQ  $100, (AX)

  //+40(SP)即切片的len，拷贝到AX寄存器作为参数传递
  0x004e 00078 (test.go:8)  MOVQ  "".slice+40(SP), AX
  0x0053 00083 (test.go:8)  MOVQ  AX, ""..autotmp_1+24(SP)
  0x0058 00088 (test.go:8)  CALL  "".printInt(SB)

  //+48(SP)即切片的cap，拷贝到AX寄存器作为参数传递
  0x005d 00093 (test.go:9)  MOVQ  "".slice+48(SP), AX
  0x0062 00098 (test.go:9)  MOVQ  AX, ""..autotmp_1+24(SP)
  0x0067 00103 (test.go:9)  CALL  "".printInt(SB)

  //拷贝slice构造：数组首地址 + len + cap，构造函数testSlice输出参数
  0x006c 00108 (test.go:11) MOVQ  "".slice+32(SP), AX
  0x0071 00113 (test.go:11) MOVQ  "".slice+40(SP), BX
  0x0076 00118 (test.go:11) MOVQ  "".slice+48(SP), CX
  0x0080 00128 (test.go:11) CALL  "".testSlice(SB)

  函数输出参数能够在栈上，也能够应用寄存器传递输出参数，比方上述代码，AX是第一个输出参数，BX、CX顺次是第二个、第三个输出参数；函数返回值也是既能够在栈上，也能够应用寄存器，下面代码应用AX寄存器作为第一个返回值。

  毕竟slice构造十分简单明了，三个8字节，数组首地址 + len + cap，所以能够很不便的通过汇编代码结构。而len(slice)获取切片长度，cap(slice)获取切片容量更是简略，slice地址偏移8字节、16字节就是了。

  另外留神testSlice函数调用，拷贝了slice构造作为函数参数，底层数组呢？必定还是共用的，所以在函数testSlice外部批改了切片元素，调用方也会同步批改；而在函数testSlice外部append触发的扩容，却不回影响调用方切片的len以及cap。这也解决了咱们上一大节留下的一些纳闷。

  上述事例示意图如下所示：

扩容

  append用于往切片追加元素，其底层实现会判断切片容量，如果容量有余，则触发扩容。append通常有两种写法：1）追加一个切片到另一个切片；2）追加元素到一个切片。如上面事例所示：

package main

import "fmt"

func main() {
  slice := make([]int, 0, 100)
  slice = append(slice, 10, 20, 30)

  slice1 := []int{1, 2, 3}
  slice = append(slice, slice1...)
  
  fmt.Println(slice,slice1) //[10 20 30 1 2 3] [1 2 3]
}

  append函数实现在哪呢？如果你查看runtime/slice.go文件，会发现如同没有appendslice函数，倒是有growslice切片扩容的实现。append函数其实是编译阶段生成的，并没有源码，这里间接给出两种写法下的外围逻辑：

//参考1：cmd/compile/internal/walk/assign.go:appendSlice
//参考2：cmd/compile/internal/walk/builtin.go:walkAppend

// expand append(l1, l2...) to
//   init {
//     s := l1
//     n := len(s) + len(l2)
//     // Compare as uint so growslice can panic on overflow.
//     if uint(n) > uint(cap(s)) {
//       s = growslice(s, n)
//     }
//     s = s[:n]
//     memmove(&s[len(l1)], &l2[0], len(l2)*sizeof(T))
//   }


// Rewrite append(src, x, y, z) 
//   init {
//     s := src
//     const argc = len(args) - 1
//     if cap(s) - len(s) < argc {
//      s = growslice(s, len(s)+argc)
//     }
//     n := len(s)
//     s = s[:n+argc]
//     s[n] = a
//     s[n+1] = b
//     ...
//   }

  能够看到，在容量有余时，都是通过growslice来扩容的。函数growslice在切片容量较小时，依照两倍扩容；切片容量较大时，扩容25%。确定切片容量后，就是申请内存，同时拷贝切片数据到新数组。有趣味的读者能够钻研下growslice函数的源码。

拷贝

  最初咱们再摸索一个问题：不论是切片的截取，传参等，底层数组初始都是共用的，批改一个切片的元素必然影响另一个切片，有没有方法实现切片的齐全拷贝呢？拷贝后两个切片数组也是隔离的，互不影响。这种齐全拷贝能够基于Go语言内置函数copy实现：

package main

import "fmt"

func main() {
  slice := []int{1,2,3,4,5}
  slice1 := make([]int, len(slice), 10)
  copy(slice1, slice)

  slice1[0] = 100
  fmt.Println(slice, slice1)
}

/**
  [1 2 3 4 5] [100 2 3 4 5]
**/

  能够看到，批改切片slice1元素之后，slice切片元素没有产生扭转。这里又有疑难了，copy函数的实现逻辑是怎么的呢？是runtime/slice.go文件中的slicecopy函数吗？只能说不齐全是，Go语言在编译阶段判断，如果切片元素类型包含指针，则copy对应typedslicecopy函数；如果须要一些运行时变量，则copy对应slicecopy函数；否则编译阶段间接生成汇编代码，这里间接给出该汇编代码的外围逻辑：

//参考：cmd/compile/internal/walk/builtin.go:walkCopy

// Lower copy(a, b) to a memmove call or a runtime call.
//
// init {
//   n := len(a)
//   if n > len(b) { n = len(b) }
//   if a.ptr != b.ptr { memmove(a.ptr, b.ptr, n*sizeof(elem(a))) }
// }

总结

  到这里数组和切片的基本上算是解说结束了，是不是没想到居然有这么多细节点须要留神。数组的按值传参肯定要记得，切片的slice构造定义肯定要分明，联合该构造定义，思考切片的截取，传参，扩容等景象，应该就比拟好了解了。