Go语言中的Array、Slice、Map和Set使用详解
Array(数组) 内部机制 在 Go 语言中数组是固定长度的数据类型,它包含相同类型的连续的元素,这些元素可以是内建类型,像数字和字符串,也可以是结构类型,元素可以通过唯一的索引值访问,从 0 开始。 数组是很有价值的数据结构,因为它的内存分配是连续的,内存连续意味着可是让它在 CPU 缓存中待更久,所以迭代数组和移动元素都会非常迅速。 数组声明和初始化 通过指定数据类型和元素个数(数组长度)来声明数组。 复制代码 代码如下: // 声明一个长度为5的整数数组 var array [5]int 一旦数组被声明了,那么它的数据类型跟长度都不能再被改变。如果你需要更多的元素,那么只能创建一个你想要长度的新的数组,然后把原有数组的元素拷贝过去。 Go 语言中任何变量被声明时,都会被默认初始化为各自类型对应的 0 值,数组当然也不例外。当一个数组被声明时,它里面包含的每个元素都会被初始化为 0 值。 一种快速创建和初始化数组的方法是使用数组字面值。数组字面值允许我们声明我们需要的元素个数并指定数据类型: 复制代码 代码如下: // 声明一个长度为5的整数数组 // 初始化每个元素 array := [5]int{7,77,777,7777,77777} 如果你把长度写成 ...,Go 编译器将会根据你的元素来推导出长度: 复制代码 代码如下: // 通过初始化值的个数来推导出数组容量 array := [...]int{7,77777} 如果我们知道想要数组的长度,但是希望对指定位置元素初始化,可以这样: 复制代码 代码如下: // 声明一个长度为5的整数数组 // 为索引为1和2的位置指定元素初始化 // 剩余元素为0值 array := [5]int{1: 77,2: 777} 使用数组 使用 [] 操作符来访问数组元素: 复制代码 代码如下: array := [5]int{7,77777} // 改变索引为2的元素的值 array[2] = 1 我们可以定义一个指针数组: 复制代码 代码如下: array := [5]*int{0: new(int),1: new(int)} // 为索引为0和1的元素赋值 在 Go 语言中数组是一个值,所以可以用它来进行赋值操作。一个数组可以被赋值给任意相同类型的数组: 复制代码 代码如下: var array1 [5]string array2 := [5]string{"Red","Blue","Green","Yellow","Pink"} array1 = array2 注意数组的类型同时包括数组的长度和可以被存储的元素类型,数组类型完全相同才可以互相赋值,比如下面这样就不可以: 复制代码 代码如下: var array1 [4]string array2 := [5]string{"Red","Pink"} array1 = array2 // 编译器会报错 拷贝一个指针数组实际上是拷贝指针值,而不是指针指向的值: 复制代码 代码如下: var array1 [3]*string array2 := [3]*string{new(string),new(string),new(string)} *array2[0] = "Red" *array2[1] = "Blue" *array2[2] = "Green" array1 = array2 多维数组 数组总是一维的,但是可以组合成多维的。多维数组通常用于有父子关系的数据或者是坐标系数据: 复制代码 代码如下: // 声明一个二维数组 var array [4][2]int // 使用数组字面值声明并初始化 // 指定外部数组索引位置初始化 // 同时指定内外部数组索引位置初始化 同样通过 [] 操作符来访问数组元素: 复制代码 代码如下: var array [2][2]int array[0][0] = 0 也同样的相同类型的多维数组可以相互赋值: 复制代码 代码如下: var array1 = [2][2]int var array2 = [2][2]int array[0][0] = 0 array1 = array2 因为数组是值,我们可以拷贝单独的维: 复制代码 代码如下: var array3 [2]int = array1[1] var value int = array1[1][0] 在函数中传递数组 在函数中传递数组是非常昂贵的行为,因为在函数之间传递变量永远是传递值,所以如果变量是数组,那么意味着传递整个数组,即使它很大很大很大。。。 举个栗子,创建一个有百万元素的整形数组,在64位的机器上它需要8兆的内存空间,来看看我们声明它和传递它时发生了什么: 复制代码 代码如下: var array [1e6]int foo(array) func foo(array [1e6]int) { ... } 每一次 foo 被调用,8兆内存将会被分配在栈上。一旦函数返回,会弹栈并释放内存,每次都需要8兆空间。 Go 语言当然不会这么傻,有更好的方法来在函数中传递数组,那就是传递指向数组的指针,这样每次只需要分配8字节内存: 复制代码 代码如下: var array [1e6]int foo(&array) func foo(array *[1e6]int){ ... } 但是注意如果你在函数中改变指针指向的值,那么原始数组的值也会被改变。幸运的是 slice(切片)可以帮我们处理好这些问题,来一起看看。 Slice(切片) 内部机制和基础 slice 是一种可以动态数组,可以按我们的希望增长和收缩。它的增长操作很容易使用,因为有内建的 append 方法。我们也可以通过 relice 操作化简 slice。因为 slice 的底层内存是连续分配的,所以 slice 的索引,迭代和垃圾回收性能都很好。 slice 是对底层数组的抽象和控制。它包含 Go 需要对底层数组管理的三种元数据,分别是: 1.指向底层数组的指针 创建和初始化 Go 中创建 slice 有很多种方法,我们一个一个来看。 第一个方法是使用内建的函数 make。当我们使用 make 创建时,一个选项是可以指定 slice 的长度: 复制代码 代码如下: slice := make([]string,5) 如果只指定了长度,那么容量默认等于长度。我们可以分别指定长度和容量: 复制代码 代码如下: slice := make([]int,3,5) 当我们分别指定了长度和容量,我们创建的 slice 就可以拥有一开始并没有访问的底层数组的容量。上面代码的 slice 中,可以访问3个元素,但是底层数组有5个元素。两个与长度不相干的元素可以被 slice 来用。新创建的 slice 同样可以共享底层数组和已存在的容量。 不允许创建长度大于容量的 slice: 复制代码 代码如下: slice := make([]int,5,3) Compiler Error: 惯用的创建 slice 的方法是使用 slice 字面量。跟创建数组很类似,不过不用指定 []里的值。初始的长度和容量依赖于元素的个数: 复制代码 代码如下: // 创建一个字符串 slice // 长度和容量都是 5 slice := []string{"Red","Pink"} 在使用 slice 字面量创建 slice 时有一种方法可以初始化长度和容量,那就是初始化索引。下面是个例子: 复制代码 代码如下: // 创建一个字符串 slice // 初始化一个有100个元素的空的字符串 slice slice := []string{99: ""} nil 和 empty slice 有的时候我们需要创建一个 nil slice,创建一个 nil slice 的方法是声明它但不初始化它: 复制代码 代码如下: var slice []int 创建一个 nil slice 是创建 slice 最基本的方法,很多标准库和内建函数都可以使用它。当我们想要表示一个并不存在的 slice 时它变得非常有用,比如一个返回 slice 的函数中发生异常的时候。 创建 empty slice 的方法就是声明并初始化一下: 复制代码 代码如下: // 使用 make 创建 silce := make([]int,0) // 使用 slice 字面值创建 empty slice 包含0个元素并且底层数组没有分配存储空间。当我们想要表示一个空集合时它很有用处,比如一个数据库查询返回0个结果。 不管我们用 nil slice 还是 empty slice,内建函数 append,len和cap的工作方式完全相同。 使用 slice 为一个指定索引值的 slice 赋值跟之前数组赋值的做法完全相同。改变单个元素的值使用 [] 操作符: 复制代码 代码如下: slice := []int{10,20,30,40,50} slice[1] = 25 我们可以在底层数组上对一部分数据进行 slice 操作,来创建一个新的 slice: 复制代码 代码如下: // 长度为5,容量为5 slice := []int{10,50} // 长度为2,容量为4 在 slice 操作之后我们得到了两个 slice,它们共享底层数组。但是它们能访问底层数组的范围却不同,newSlice 不能访问它头指针前面的值。 计算任意 new slice 的长度和容量可以使用下面的公式: 复制代码 代码如下: 对于 slice[i:j] 和底层容量为 k 的数组 长度:j - i 容量:k - i 必须再次明确一下现在是两个 slice 共享底层数组,因此只要有一个 slice 改变了底层数组的值,那么另一个也会随之改变: 复制代码 代码如下: slice := []int{10,50} newSlice := slice[1:3] newSlice[1] = 35 改变 newSlice 的第二个元素的值,也会同样改变 slice 的第三个元素的值。 一个 slice 只能访问它长度范围内的索引,试图访问超出长度范围的索引会产生一个运行时错误。容量只可以用来增长,它只有被合并到长度才可以被访问: 复制代码 代码如下: slice := []int{10,50} newSlice := slice[1:3] newSlice[3] = 45 Runtime Exception: 容量可以被合并到长度里,通过内建的 append 函数。 slice 增长 slice 比 数组的优势就在于它可以按照我们的需要增长,我们只需要使用 append 方法,然后 Go 会为我们做好一切。 使用 append 方法时我们需要一个源 slice 和需要附加到它里面的值。当 append 方法返回时,它返回一个新的 slice,append 方法总是增长 slice 的长度,另一方面,如果源 slice 的容量足够,那么底层数组不会发生改变,否则会重新分配内存空间。 复制代码 代码如下: // 创建一个长度和容量都为5的 slice slice := []int{10,50} // 创建一个新的 slice // 为新的 slice append 一个值 因为 newSlice 有可用的容量,所以在 append 操作之后 slice 索引为 3 的值也变成了 60,之前说过这是因为 slice 和 newSlice 共享同样的底层数组。 如果没有足够可用的容量,append 函数会创建一个新的底层数组,拷贝已存在的值和将要被附加的新值: 复制代码 代码如下: // 创建长度和容量都为4的 slice slice := []int{10,40} // 附加一个新值到 slice,因为超出了容量,所以会创建新的底层数组 append 函数重新创建底层数组时,容量会是现有元素的两倍(前提是元素个数小于1000),如果元素个数超过1000,那么容量会以 1.25 倍来增长。 slice 的第三个索引参数 slice 还可以有第三个索引参数来限定容量,它的目的不是为了增加容量,而是提供了对底层数组的一个保护机制,以方便我们更好的控制 append 操作,举个栗子: 复制代码 代码如下: source := []string{"apple","orange","plum","banana","grape"} // 接着我们在源 slice 之上创建一个新的 slice 新创建的 slice 长度为 1,容量为 2,可以看出长度和容量的计算公式也很简单: 复制代码 代码如下: 对于 slice[i:j:k] 或者 [2:3:4] 长度: j - i 或者 3 - 2 如果我们试图设置比可用容量更大的容量,会得到一个运行时错误: 复制代码 代码如下: slice := source[2:3:6]
限定容量最大的用处是我们在创建新的 slice 时候限定容量与长度相同,这样以后再给新的 slice 增加元素时就会分配新的底层数组,而不会影响原有 slice 的值: 复制代码 代码如下: source := []string{"apple","grape"} // 接着我们在源 slice 之上创建一个新的 slice // 添加一个新元素 如果没有第三个索引参数限定,添加 kiwi 这个元素时就会覆盖掉 banana。 内建函数 append 是一个变参函数,意思就是你可以一次添加多个元素,比如: 复制代码 代码如下: s1 := []int{1,2} s2 := []int{3,4} fmt.Printf("%vn",append(s1,s2...)) Output: 迭代 slice slice 也是一种集合,所以可以被迭代,用 for 配合 range 来迭代: 复制代码 代码如下: slice := []int{10,50} for index,value := range slice { Output: 当迭代时 range 关键字会返回两个值,第一个是索引值,第二个是索引位置值的拷贝。注意:返回的是值的拷贝而不是引用,如果我们把值的地址作为指针使用,会得到一个错误,来看看为啥: 复制代码 代码如下: slice := []int{10,40} for index,value := range slice { Output: value 变量的地址总是相同的因为它只是包含一个拷贝。如果想得到每个元素的真是地址可以使用 &slice[index]。 如果不需要索引值,可以使用 _ 操作符来忽略它: 复制代码 代码如下: slice := []int{10,40} for _,value := range slice {
range 总是从开始一次遍历,如果你想控制遍历的step,就用传统的 for 循环: 复制代码 代码如下: slice := []int{10,40} for index := 2; index < len(slice); index++ {
同数组一样,另外两个内建函数 len 和 cap 分别返回 slice 的长度和容量。 多维 slice 也是同数组一样,slice 可以组合为多维的 slice: 复制代码 代码如下: slice := [][]int{{10},30}} 需要注意的是使用 append 方法时的行为,比如我们现在对 slice[0] 增加一个元素: 复制代码 代码如下: slice := [][]int{{10},30}} slice[0] = append(slice[0],20) 那么只有 slice[0] 会重新创建底层数组,slice[1] 则不会。 在函数间传递 slice 在函数间传递 slice 是很廉价的,因为 slice 相当于是指向底层数组的指针,让我们创建一个很大的 slice 然后传递给函数调用它: 复制代码 代码如下: slice := make([]int,1e6) slice = foo(slice) func foo(slice []int) []int { Map 内部机制 map 是一种无序的键值对的集合。map 最重要的一点是通过 key 来快速检索数据,key 类似于索引,指向数据的值。 map 是一种集合,所以我们可以像迭代数组和 slice 那样迭代它。不过,map 是无序的,我们无法决定它的返回顺序,这是因为 map 是使用 hash 表来实现的。 map 的 hash 表包含了一个桶集合(collection of buckets)。当我们存储,移除或者查找键值对(key/value pair)时,都会从选择一个桶开始。在映射(map)操作过程中,我们会把指定的键值(key)传递给 hash 函数(又称散列函数)。hash 函数的作用是生成索引,索引均匀的分布在所有可用的桶上。hash 表算法详见:July的博客―从头到尾彻底解析 hash 表算法 创建和初始化 Go 语言中有多种方法创建和初始化 map。我们可以使用内建函数 make 也可以使用 map 字面值: 复制代码 代码如下: // 通过 make 来创建 dict := make(map[string]int) // 通过字面值创建 使用字面值是创建 map 惯用的方法(为什么不使用make)。初始化 map 的长度依赖于键值对的数量。 map 的键可以是任意内建类型或者是 struct 类型,map 的值可以是使用 ==操作符的表达式。slice,function 和 包含 slice 的 struct 类型不可以作为 map 的键,否则会编译错误: 复制代码 代码如下: dict := map[[]string]int{} Compiler Exception: 使用 map 给 map 赋值就是指定合法类型的键,然后把值赋给键: 复制代码 代码如下: colors := map[string]string{} colors["Red"] = "#da1337" 如果不初始化 map,那么就会创建一个 nil map。nil map 不能用来存放键值对,否则会报运行时错误: 复制代码 代码如下: var colors map[string]string colors["Red"] = "#da1337" Runtime Error: 测试 map 的键是否存在是 map 操作的重要部分,因为它可以让我们判断是否可以执行一个操作,或者是往 map 里缓存一个值。它也可以被用来比较两个 map 的键值对是否匹配或者缺失。 从 map 里检索一个值有两种选择,我们可以同时检索值并且判断键是否存在: 复制代码 代码如下: value,exists := colors["Blue"] if exists { fmt.Println(value) } 另一种选择是只返回值,然后判断是否是零值来确定键是否存在。但是只有你确定零值是非法值的时候这招才管用: 复制代码 代码如下: value := colors["Blue"] if value != "" { fmt.Println(value) } 当索引一个 map 取值时它总是会返回一个值,即使键不存在。上面的例子就返回了对应类型的零值。 迭代一个 map 和迭代数组和 slice 是一样的,使用 range 关键字,不过在迭代 map 时我们不使用 index/value 而使用 key/value 结构: 复制代码 代码如下: colors := map[string]string{ "AliceBlue": "#f0f8ff", "Coral": "#ff7F50", "DarkGray": "#a9a9a9", "ForestGreen": "#228b22", } for key,value := range colors { 如果我们想要从 map 中移除一个键值对,使用内建函数 delete(要是也能返回移除是否成功就好了,哎。。。): 复制代码 代码如下: delete(colors,"Coral") for key,value := range colors { 在函数间传递 map 在函数间传递 map 不是传递 map 的拷贝。所以如果我们在函数中改变了 map,那么所有引用 map 的地方都会改变: 复制代码 代码如下: func main() { colors := map[string]string{ "AliceBlue": "#f0f8ff", "Coral": "#ff7F50", "DarkGray": "#a9a9a9", "ForestGreen": "#228b22", } for key,value := range colors { removeColor(colors,"Coral") for key,value) func removeColor(colors map[string]string,key string) { 执行会得到以下结果: 复制代码 代码如下: Key: AliceBlue Value: #F0F8FF Key: Coral Value: #FF7F50 Key: DarkGray Value: #A9A9A9 Key: ForestGreen Value: #228B22 Key: AliceBlue Value: #F0F8FF Key: DarkGray Value: #A9A9A9 Key: ForestGreen Value: #228B22 可以看出来传递 map 也是十分廉价的,类似 slice。 Set Go 语言本身是不提供 set 的,但是我们可以自己实现它,下面就来试试: 复制代码 代码如下: package main import( type Set struct { func New() *Set { func (s *Set) Add(item int) { func (s *Set) Remove(item int) { func (s *Set) Has(item int) bool { func (s *Set) Len() int { func (s *Set) Clear() { func (s *Set) IsEmpty() bool { func (s *Set) List() []int { func main() { s.Clear() 注意我们只是使用了 int 作为键,你可以自己实现用 interface{} 作为键,做成更通用的 Set,另外,这个实现是线程安全的。 总结 1.数组是 slice 和 map 的底层结构。 您可能感兴趣的文章:
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