go语言映射(map)要点总结

1. 定义

• Go语言中映射是一种字典类型的数据结构，类似于c++和java中的hashmap,用于存储一系列无序的键值对。
• 映射是基于键来存储值。映射的优势是能够基于键快速索引数据。键就像索引一样，指向与该键关联的值，在内存中键值对的关系如下图所示。

• 和切片类似，映射维护的是底层数组的指针，属于引用类型。

2. 内部实现

• 映射是一个集合，可以使用类似处理数组和切片的方式迭代映射中的元素。但 映射是无序的，不能对键值对进行排序。即使按顺序保存，每次迭代的时候顺序也不一样。 无序的原因是映射的实现使用了散列表。
• 这个散列表是由hmap实现的，hmap中维护着存储键值对的bucket数组，hmap和bucket数组的关系如下图所示。

• bucket是一个链表结构，每一个bucket后面连接的bucket表示bucket容量不够用时进行扩容添加新的bucket，bucket的数据结构如下图所示。

• 说到散列表，一定要有散列函数，散列函数是散列表中存取元素的关键。Go语言的映射中也有这样的散列函数(或叫哈希函数)，但是Go语言把散列函数计算出的散列值可以说是用到了极致。它把散列值分成了高8位和低8位两部分，如下图所示。

• 散列值的作用

  • 低8位散列值： 用于寻找当前key位于哪个bucket ;
  • 高8位散列值： 用于寻找当前key位于bucket中的哪个位置 。
• 映射的存取过程：在存储，删除或者查找键值对的时候，都要先将指定的键传给散列函数得到一个散列值，然后根据散列值的低8位选中对应的桶，最终再根据桶中的索引(散列值的高8位)将键值对分布到这个桶里。随着映射中存储的增加，索引分布越均匀，访问键值对的速度就越快。因此，映射通过设置合理数量的桶平衡键值对的分布。整个过程如下图所示。

• 键值对的存储方式：键值对的存储不是以key1,value1,key2,value2这样的形式存储， 主要是为了在key和value所占字节长度不同的时候，可以消除padding带来的空间浪费。
• 映射的扩容：当散列表的容量需要增长的时候，Go语言会将bucket数组的容量扩充一倍，产生新的bucket数组，并将旧数据迁移到新数组。
• 判断是否扩充的条件，就是散列表的加载因子，加载因子是一个阈值，表示散列表的空间利用率，Go语言map中的加载因子计算公式为：map长度/2^B,阈值是6.5，B表示已扩容的次数。

• 映射中数据的删除

  • 如果key是指针类型的，直接将其置空，等待GC清除；
  • 如果是值类型的，则清除相关内存；
  • 对value做同样的操作；
  • 把key对应的索引置为空。

3. 映射的创建

(1) 使用字面量创建

// 创建一个键为字符串类型，值为整形的map
    m1 := map[string]int{"last":2019, "now":2020}
    // 获取map中的元素
    fmt.Println(m1["last"])  // 2019
    fmt.Println(m1["now"])   // 2020
    
    // 使用字面量创建一个空map
    m2 := map[string]string{}
    fmt.Println(m2)  // map[]

映射的键的类型可以是内置类型，也可以是结构类型，但 这个类型必须可以使用==运算符做比较。切片，函数以及包含切片的结构类型由于具有引用语义，不能作为映射的键，否则会造成编译错误。

(2) 使用内置的make函数来创建

m1 := make(map[int] string) // map的容量使用默认值
    m1[1] = "lioney"
    m2 := make(map[int] string, 10) // map的容量使用给定值
    m2[1] = "carlos"
    fmt.Println(m1[1])  // lioney
    fmt.Println(m2[1])  // carlos

4.映射支持的操作

• map中单个键值的访问格式为mapName[key],可以用于获取或更新map中的元素
• 可以使用for range遍历map中的元素，不保证每次迭代顺序一致
• 删除map中的某个键值对，使用语法delete(mapName, key)
• 使用内置函数len()获取map中保存的键值对数量，map中不支持cap()函数

package main

    import "fmt"

    func main() {
        // 创建一个空的map
        m1 := make(map[int] string)
        // 向map中添加元素
        m1[1] = "lioney"
        m1[2] = "carlos"
        m1[3] = "tom"
        // 从map中删除键为3的元素
        delete(m1, 3)
        // len()表示map中键值对的数量
        fmt.Println("len=", len(m1))
        // 遍历map
        for k, v := range m1 {
            fmt.Println("key=", k, "value=", v)
        }
    }

上述代码编译后运行结果如下：

len= 2
    key= 2 value= carlos
    key= 1 value= lioney
    
    Process finished with exit code 0

5. 映射的使用要点

(1) 对nil映射赋值会产生运行时错误

和切片类似，映射在使用时必须对其底层数组进行初始化，要么使用make进行初始化,要么使用字面量初始化，如果只是简单地声明了一个map，而没有进行初始化，就是nil映射，是不能对其赋值的，请看下面代码：

// 声明一个map
    var colors map[string]string

    // 将red加入colors
    colors["red"] = "#da137"  // panic: assignment to entry in nil map

可以做如下修改：

// 声明一个map
    var colors map[string]string
    // 对map进行初始化
    colors = make(map[string]string)

    // 将red加入colors
    colors["red"] = "#da137" // no panic or error

也可以做如下修改：

// 使用字面量创建要给空map
    colors := map[string]string{}

    // 将red加入colors
    colors["red"] = "#da137"  // no panic or error

强烈推荐使用第二种，因为用字面量创建map比较简洁而且比较快

(2) 从映射获取值并判断键是否存在

在Go语言里，通过键来索引值时，即便这个键不存在也会返回一个值，有时候我们需要判断获取到的值是否时默认的零值，代码如下所示。

// 使用字面量创建一个空map
    colors := map[string]string{}

    // 将red加入colors
    colors["red"] = "#da137" 
    
    // 获取blue对应的值并判断是否为零值
    value1, exists := colors["blue"]
    if exists {
        fmt.Println(value1)
    }
    
    // 也可以通过值直接判断是否为零值 
    value2 := colors["blue"]
    if value2 != "" {
        fmt.Println(value2)
    }

(3) 在函数间传递映射

package main

    import (
        "fmt"
        "unsafe"
    )

    func foo(m map[string]string) {
        // 打印参数的大小
        fmt.Println("参数大小", unsafe.Sizeof(m))
        // 删除键为green的元素
        delete(m, "green")
    }

    func main() {
        // 使用字面量创建一个空map
        colors := map[string]string{}

        // 将red加入colors
        colors["red"] = "#da137"
        colors["coral"] = "#ff7f50"
        colors["green"] = "#228b22"
        // 调用foo函数
        foo(colors)
        // 遍历打印map
        for k, v := range colors {
            fmt.Println("key=", k, "value=", v)
        }
    }

编译并运行以上代码，结果如下：

参数大小 8
    key= red value= #da137
    key= coral value= #ff7f50

    Process finished with exit code 0

映射是引用类型的数据结构，在函数间传递映射的时候，不会拷贝映射底层的数据，从上面代码的运行结果可以看出，只传递了一个8字节大小的指针， 实际上，map类型就是一个指针类型，函数对映射的操作都是通过这个指针间接进行的，因此对映射中数据的修改，其它引用到该映射的地方也能感知到 。

(4) 修改映射中的结构体类型，必须整体赋值(!!!)

package main

    import "fmt"

    type User struct {
        name string
        age  int
    }

    func main() {
        m := make(map[int]User)
        user := User{
            name: "lioney",
            age:  18,
        }
        // 将user加入到map中
        m[1] = user
        
        // 修改user
        // 不能通过map引用直接修改！！！
        //m[1].age = 2 // error: cannot assign to struct field m[1].age in map

        // 必须整体替换
        user.age = 2
        m[1] = user
        fmt.Println(m)
    }

(5) 并发问题

Go语言内置的map不是并发安全的，若是在并发场景下以共享的形式访问map中的元素，必须加锁，要想使用并发安全的map，可以使用Go语言标准库中sync包下提供的map。

参考文献

1. 博客 https://blog.csdn.net/i644803...
2. William Kennedy等《Go语言实战》第四章相关内容
3. 李文塔《Go语言核心编程》第一章相关内容

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