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Slice

Slice(切片)代表变长的序列,序列中每个元素都有相同的类型。一个slice类型一般写作[]T,其中T代表slice中元素的类型;slice的语法和数组很像,只是没有固定长度而已。
数组和slice之间有着紧密的联系。一个slice是一个轻量级的数据结构,提供了访问数组子序列(或者全部)元素的功能,而且slice的底层确实引用一个数组对象。一个slice由三个部分构成:指针、长度和容量。指针指向第一个slice元素对应的底层数组元素的地址,要注意的是slice的第一个元素并不一定就是数组的第一个元素。长度对应slice中元素的数目;长度不能超过容量,容量一般是从slice的开始位置到底层数据的结尾位置。内置的len和cap函数分别返回slice的长度和容量。
多个slice之间可以共享底层的数据,并且引用的数组部分区间可能重叠。图4.1显示了表示一年中每个月份名字的字符串数组,还有重叠引用了该数组的两个slice。数组这样定义
months := [...]string{1: "January", /* ... */, 12: "December"}
因此一月份是months[1],十二月份是months[12]。通常,数组的第一个元素从索引0开始,但是月份一般是从1开始的,因此我们声明数组时直接跳过第0个元素,第0个元素会被自动初始化为空字符串。
slice的切片操作s[i:j],其中0 ≤ i≤ j≤ cap(s),用于创建一个新的slice,引用s的从第i个元素开始到第j-1个元素的子序列。新的slice将只有j-i个元素。如果i位置的索引被省略的话将使用0代替,如果j位置的索引被省略的话将使用len(s)代替。因此,months[1:13]切片操作将引用全部有效的月份,和months[1:]操作等价;months[:]切片操作则是引用整个数组。让我们分别定义表示第二季度和北方夏天月份的slice,它们有重叠部分:
Q2 := months[4:7]
summer := months[6:9]
fmt.Println(Q2) // ["April" "May" "June"]
fmt.Println(summer) // ["June" "July" "August"]
两个slice都包含了六月份,下面的代码是一个包含相同月份的测试(性能较低):
for _, s := range summer {
for _, q := range Q2 {
if s == q {
fmt.Printf("%s appears in both\n", s)
}
}
}
如果切片操作超出cap(s)的上限将导致一个panic异常,但是超出len(s)则是意味着扩展了slice,因为新slice的长度会变大:
fmt.Println(summer[:20]) // panic: out of range
endlessSummer := summer[:5] // extend a slice (within capacity)
fmt.Println(endlessSummer) // "[June July August September October]"
另外,字符串的切片操作和[]byte字节类型切片的切片操作是类似的。它们都写作x[m:n],并且都是返回一个原始字节系列的子序列,底层都是共享之前的底层数组,因此切片操作对应常量时间复杂度。x[m:n]切片操作对于字符串则生成一个新字符串,如果x是[]byte的话则生成一个新的[]byte。
因为slice值包含指向第一个slice元素的指针,因此向函数传递slice将允许在函数内部修改底层数组的元素。换句话说,复制一个slice只是对底层的数组创建了一个新的slice别名(§2.3.2)。下面的reverse函数在原内存空间将[]int类型的slice反转,而且它可以用于任意长度的slice。
gopl.io/ch4/rev
// reverse reverses a slice of ints in place.
func reverse(s []int) {
for i, j := 0, len(s)-1; i < j; i, j = i+1, j-1 {
s[i], s[j] = s[j], s[i]
}
}
这里我们反转数组的应用:
a := [...]int{0, 1, 2, 3, 4, 5}
reverse(a[:])
fmt.Println(a) // "[5 4 3 2 1 0]"
一种将slice元素循环向左旋转n个元素的方法是三次调用reverse反转函数,第一次是反转开头的n个元素,然后是反转剩下的元素,最后是反转整个slice的元素。(如果是向右循环旋转,则将第三个函数调用移到第一个调用位置就可以了。)
s := []int{0, 1, 2, 3, 4, 5}
// Rotate s left by two positions.
reverse(s[:2])
reverse(s[2:])
reverse(s)
fmt.Println(s) // "[2 3 4 5 0 1]"
要注意的是slice类型的变量s和数组类型的变量a的初始化语法的差异。slice和数组的字面值语法很类似,它们都是用花括弧包含一系列的初始化元素,但是对于slice并没有指明序列的长度。这会隐式地创建一个合适大小的数组,然后slice的指针指向底层的数组。就像数组字面值一样,slice的字面值也可以按顺序指定初始化值序列,或者是通过索引和元素值指定,或者的两种风格的混合语法初始化。
和数组不同的是,slice之间不能比较,因此我们不能使用==操作符来判断两个slice是否含有全部相等元素。不过标准库提供了高度优化的bytes.Equal函数来判断两个字节型slice是否相等([]byte),但是对于其他类型的slice,我们必须自己展开每个元素进行比较:
func equal(x, y []string) bool {
if len(x) != len(y) {
return false
}
for i := range x {
if x[i] != y[i] {
return false
}
}
return true
}
上面关于两个slice的深度相等测试,运行的时间并不比支持==操作的数组或字符串更多,但是为何slice不直接支持比较运算符呢?这方面有两个原因。第一个原因,一个slice的元素是间接引用的,一个slice甚至可以包含自身。虽然有很多办法处理这种情形,但是没有一个是简单有效的。
第二个原因,因为slice的元素是间接引用的,一个固定值的slice在不同的时间可能包含不同的元素,因为底层数组的元素可能会被修改。并且Go语言中map等哈希表之类的数据结构的key只做简单的浅拷贝,它要求在整个声明周期中相等的key必须对相同的元素。对于像指针或chan之类的引用类型,==相等测试可以判断两个是否是引用相同的对象。一个针对slice的浅相等测试的==操作符可能是有一定用处的,也能临时解决map类型的key问题,但是slice和数组不同的相等测试行为会让人困惑。因此,安全的做法是直接禁止slice之间的比较操作。
slice唯一合法的比较操作是和nil比较,例如:
if summer == nil { /* ... */ }
一个零值的slice等于nil。一个nil值的slice并没有底层数组。一个nil值的slice的长度和容量都是0,但是也有非nil值的slice的长度和容量也是0的,例如[]int{}或make([]int, 3)[3:]。与任意类型的nil值一样,我们可以用[]int(nil)类型转换表达式来生成一个对应类型slice的nil值。
var s []int // len(s) == 0, s == nil
s = nil // len(s) == 0, s == nil
s = []int(nil) // len(s) == 0, s == nil
s = []int{} // len(s) == 0, s != nil
如果你需要测试一个slice是否是空的,使用len(s) == 0来判断,而不应该用s == nil来判断。除了和nil相等比较外,一个nil值的slice的行为和其它任意0长度的slice一样;例如reverse(nil)也是安全的。除了文档已经明确说明的地方,所有的Go语言函数应该以相同的方式对待nil值的slice和0长度的slice。
内置的make函数创建一个指定元素类型、长度和容量的slice。容量部分可以省略,在这种情况下,容量将等于长度。
make([]T, len)
make([]T, len, cap) // same as make([]T, cap)[:len]
在底层,make创建了一个匿名的数组变量,然后返回一个slice;只有通过返回的slice才能引用底层匿名的数组变量。在第一种语句中,slice是整个数组的view。在第二个语句中,slice只引用了底层数组的前len个元素,但是容量将包含整个的数组。额外的元素是留给未来的增长用的。
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