Go数据结构系列之 Array and Alice

概述

在使用 Go 开发的时候，数组和切片经常被使用到，这篇文章来简单聊聊吧。

数组array

在 Go 中，有两种方式可以初始化数组

func main() {
  userId := [3]int{1, 2, 3}
  userName := [...]string{"wqq", "curry", "joke"}
}

一种是显式的定义数组的大小，另一种通过 [...] 声明数组，Go 会在编译期间推导出数组的大小。

既然使用了数组，少不了遍历，在 Go 中遍历数组一般也就两种方式。

func main() {
  userIds := [3]int{1, 2, 3}
  names := [...]string{"wqq", "curry", "joke"}

  for i := 0; i < len(names); i++ {
    fmt.Printf("user id is:%v,user name is:%v\n", userIds[i], names[i])
  }

  for index, item := range names {
    fmt.Printf("user id is:%v,user name is:%v\n", userIds[index], item)
  }
}

第一种就是你所认知的 for 循环。第二种可以使用 for/range 表达式，该表达式返回两个值，第一个值是索引，第二个值对应此索引的元素值。range 不单单能遍历数组，还能遍历 slice、map、channel 等集合结构。当然这些不在这篇文章的讨论范围内。

切片slice

切片本质上是动态数组，它的底层包含了对数组的引用。切片的长度是动态的，可以随意的对其进行 append 操作，在使用的过程中，如果容量不足，会自动进行扩容操作。我们可以从源码看看 slice 的结构。源码位于 src/runtime/slice.go ，更多底层知识可以自行查看源码。

type slice struct {
  array unsafe.Pointer // 底层数组的指针位置
  len   int // 切片当前长度
  cap   int //容量，当容量不够时，会触发动态扩容的机制
}

同理，初始化 slice 的方式也是多样的。

• 使用 make 关键字
• 和数组一样，使用字面量初始化
• 通过下标的方式获取数组或者切片的一部分，生成 slice

func main() {
  // 字面量初始化
  userIds1 := []int{1, 2, 3}

  // make初始化slice的长度为5，容量为10
  userIds2 := make([]int, 5，10)

  // 通过下标的方式获取数组的一部分作为alice
  userArray := [5]string{"curry", "wqq", "lisa", "tony", "james"}

  // 获取从索引下标0开始，到下标3(不包括3)
  user := userArray[0:3]
  fmt.Printf("userIds1:%v,userIds2:%v,userSlice:%v\n", userIds1, userIds2, user)
}

这里就拿 make 初始化切片进行说明。

注:图片来源 《Go编程专家》

这段初始化操作表示 slice 的长度是 5，容量是 10，array 字段存储的是引用数组的指针位置。因为长度是 5，我们可以使用下标 0-4 来操作此 slice。同时容量是 10，所以后续向 slice 添加新数据暂时不需要重新分配新内存。

那数组和切片有什么关联呢？

我们看看通过下标的方式获取数组数据，初始化切片的一种形式。

func main() {
  userArray := [4]string{"curry", "wqq", "lisa", "tony"}

  // 获取从索引下标0开始，到下标3(不包括3)
  userSlice := userArray[0:3]
  userSlice[0] = "zhangsan"
  fmt.Printf("userArray:%v,userSlice:%v\n", userArray, userSlice)
}

我们用数组创建了 userSlice 的切片，此时 userSlice 将和 userArray 共用一部分内存。因此在修改 userSlice 索引 0 处的值时，操作的是同一块数组内存地址，从结果中可以看出生效了。

然后我们开始往 userSlice 切片添加元素。

func main() {
  userArray := [4]string{"curry", "wqq", "lisa", "tony"}
  // 获取从索引下标0开始，到下标3(不包括3)
  userSlice := userArray[0:3]
  userSlice[0] = "zhangsan"
  fmt.Printf("userArray:%v,userSlice:%v\n", userArray, userSlice)
  
  userSlice = append(userSlice, "test1")
  fmt.Printf("userArray:%v,userSlice:%v\n", userArray, userSlice)
  
}

查看输出结果：

可以看到，再向 userSlice 增加一个元素后，打印结果，数组和切片值一样，操作之后 userSlice 的 len 是 4，数组的长度也是 4。操作 append 后 userSlice 底层数组和 userArray 指向的还是同一个内存地址，并不需要发生扩容。

这时候，userSlice 所引用的底层数组已经满了(底层数组的长度是4)，我们继续向 userSlice 增加元素。

func main() {
  userArray := [4]string{"curry", "wqq", "lisa", "tony"}
  // 获取从索引下标0开始，到下标3(不包括3)
  userSlice := userArray[0:3]
  userSlice[0] = "zhangsan"
  fmt.Printf("userArray:%v,userSlice:%v\n", userArray, userSlice)

  userSlice = append(userSlice, "test1")
  fmt.Printf("userArray:%v,userSlice:%v\n", userArray, userSlice)

  userSlice = append(userSlice, "test2")
  fmt.Printf("userArray:%v,user:%v\n", userArray, userSlice)
 }

查看输出结果：

可以看到，userArray 的元素未变，因为这时候 userSlice 切片的长度已经大于原指向的数组的长度了， userSlice 发生了扩容。

我们可以做个实验测试一下，我们修改数组 userArray 范围内的 userSlice 元素的值，查看数组的数据是否会跟着改变。

func main() {
  userArray := [4]string{"curry", "wqq", "lisa", "tony"}
  // 获取从索引下标0开始，到下标3(不包括3)
  userSlice := userArray[0:3]
  userSlice[0] = "zhangsan"
  fmt.Printf("userArray:%v,userSlice:%v\n", userArray, userSlice)

  userSlice = append(userSlice, "test1")
  fmt.Printf("userArray:%v,userSlice:%v\n", userArray, userSlice)

  userSlice = append(userSlice, "test2")
  fmt.Printf("userArray:%v,userSlice:%v\n", userArray, userSlice)
// 改变索引0处的值
  userSlice[0] = "only one"
  fmt.Printf("userArray:%v,userSlice:%v\n", userArray, userSlice)
}

最后一行已经说明了一切。此时的 userSlice 发生了扩容，不再和 userArray 共用原数组空间了。因此对 userSlice 的改动不会影响到 userArray。

关于扩容

前面提到在向切片添加新元素时如果此时切片的容量不足，会自动发生扩容。所谓扩容，也就是为当前切片生成新的一块内存空间，然后根据一定规则，将原切片的元素全部拷贝到新的地址。扩容的规则在 src/runtime/slice.go 里的 growslice 方法。

这里截取了此方法中关于扩容规则的代码。

• 如果期望的新容量 (cap) 大于当前容量的两倍，那么就直接使用期望的容量
• 如果当前切片的长度 (len) 小于 1024，那么把当前容量翻倍
• 如果当前切片的长度(len) 大于等于 1024，那么每次把当前容量增加 1/4，直到新容量值大于期望的的容量。

其实要写下去还有很多东西，比如，sliceCopy、底层编译逻辑......，有些东西我也没看过，学习的最好方式还是自己动手然后输出。

参考资料：

• https://draveness.me/golang/
• https://www.bookstack.cn/read...
• https://medium.com/@hackintos...