• Go学习笔记 -- 数组和切片

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    在 Go 中，数组和切片的功能其实是类似的，都是用来存储一种类型元素的集合。数组是固定长度的，而切片的长度是可以调整的。

    数组（array）

    我们在声明一个数组的时候据必须要定义它的长度，并且不能修改。
    数组的长度是其类型的一部分：比如，[2]int 和 [4]int 是两个不同的数组类型。

    初始化数组

    // 1. 创建一维数组
// 元素都是默认值
var arr1 [3]int
// 指定长度并设置初始值
var arr2 = [3]int{1, 2, 3}
var arr3 [3]int = [3]int{1, 2, 3}
// 自动推导数组长度
var arr4 = [...]int{1, 2, 3}
// 指定特定下标的元素的值，其他的为默认值
var arr5 = [3]int{1: 9}
// 2. 创建多维数组 与一维数组类似，不再赘述
var arr6 = [3][2]int{{1, 2}, {3, 4}, {5, 6}}

fmt.Println(arr1)
fmt.Println(arr2)
fmt.Println(arr3)
fmt.Println(arr4)
fmt.Println(arr5)
fmt.Println(arr6)
------结果----------------------------
[0 0 0]
[1 2 3]
[1 2 3]
[1 2 3]
[0 9 0]
[[1 2] [3 4] [5 6]]

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    数组赋值

    var arr = [3]int{1, 2, 3}
fmt.Println(arr)
arr[2] = 9
fmt.Println(arr)
------结果----------------------------
[1 2 3]
[1 2 9]

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    遍历数组

    方法一：for 循环遍历

    var arr = [3]int{1, 2, 3}
for i := 0; i < len(arr); i++ {
	fmt.Println(arr[i])
}
------结果----------------------------
1
2
3

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    方法二：for range 循环遍历
    使用 index 和 value 分别接收每次循环到的位置的下标和值

    var arr = [3]int{1, 2, 3}
for index, value := range arr {
	fmt.Printf("index:%d value:%d\n", index, value)
}
------结果----------------------------
index:0 value:1
index:1 value:2
index:2 value:3

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    数组对比

    数组比较的方法比较简单，使用 == 符号即可

    var arr = [3]int{1, 2, 3}
var arr2 = [3]int{1, 2, 3}
fmt.Println(arr == arr2)
var arr3 = [...]int{1, 2, 3}
fmt.Println(arr == arr3)
var arr4 = [...]int{1, 2, 4}
fmt.Println(arr == arr4)
------结果----------------------------
true
true
false

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    不能比较长度不同的数组类型，否则编译器会报错，如下：

    var arr = [3]int{1, 2, 3}
var arr5 = [...]int{1, 2}
fmt.Println(arr == arr5)

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    在这里插入图片描述

    切片（slice）

    切片的性质

    切片类型的定义

    type slice struct {
    array unsafe.Pointer //指向数组的指针
    len int //切片的长度，可以理解为切片表示的元素的个数
    cap int //容量，指针所指向的数组长度（从指针位置向后）
}

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    切片的特性

    • 切片是一个引用类型，是对数组的一个连续片段的引用
    • 切片本身是一个结构体，通过值拷贝传递
    • 切片的 cap 一定是大于等于 len 的

    切片初始化

    //直接声明并赋值
s0 := []int{1, 2, 3, 4, 5}

//通过数组或者切片获取
arr := [...]int{1, 2, 3, 4, 5}
s1 := s0[:] // 切片 s0 中的全部元素
s2 := s0[:2] // 切片 s0 第一个元素到第二个元素
s3 := arr[3:] // 数组 arr 从第四个元素开始向后的所有元素
s4 := arr[0:0] // 创建一个空切片

//通过 make(t Type, size ...IntegerType) 初始化，
//接受的第一个 int 表示切片长度，第二个表示容量大小。如果只有一个int参数则默认长度和容量是相同的
s5 := make([]int, 5) //创建一个长度为 5 切片，
s6 := make([]int, 5, 8) //创建一个长度为 5 容量为 8 的int型切片（长度为5的部分会被初始化为默认值）
fmt.Println(s0, s1, s2, s3, s4, s5 ,s6)
-------结果-----------------------------------
[1 2 3 4 5] [1 2 3 4 5] [1 2] [4 5] [] [0 0 0 0 0] [0 0 0 0 0]

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    切片赋值

    和数组相同根据 index 赋值

    //直接声明并赋值
s0 := []int{1, 2, 3, 4, 5}
fmt.Println(s0)
s0[0] = 999
fmt.Println(s0)
-------结果-----------------------------------
[1 2 3 4 5]
[999 2 3 4 5]

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    切片的容量

    我们可以通过 len(slice) 获取一个切片的长度，可以通过 cap(slice) 获取一个切片的容量。
    容量：指针所指向的数组长度（从指针位置向后），如何理解 从指针位置向后 这个意思，通过代码观察：

    s0 := []int{1, 2, 3, 4, 5}
s1 := s0[1:3] //第二个元素到第三个元素
fmt.Printf("len: %d\n", len(s1))
fmt.Printf("cap: %d\n", cap(s1))
fmt.Println(s1 )
------结果---------------
len: 2
cap: 4
[2 3]

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    如上，s1 实际指向的数组是 s0 的数组的一个连续片段。
    在这里插入图片描述
    所有我们可以使用 cap 把切片 s1 指向的数组（指针向后，包含指针）的去拿不元素都获取到：

    s0 := []int{1, 2, 3, 4, 5}
s1 := s0[1:3]
s2 := s1[:cap(s1)]
fmt.Printf("len: %d\n", len(s2))
fmt.Printf("cap: %d\n", cap(s2))
fmt.Println(s2)
-------结果------------
len: 4
cap: 4
[2 3 4 5]

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    append 以及扩容

    append 可以动态地向切片中追加元素

    s0 := []int{1, 2, 3, 4, 5}
s0 = append(s0, 6, 7, 8, 9, 10) //追加元素
fmt.Printf("len: %d\n", len(s0))
fmt.Printf("cap: %d\n", cap(s0))
fmt.Println(s0)
s1 := []int{11, 12, 13, 14, 15}
s0 = append(s0, s1...) //追加切片，切片需要解包
fmt.Printf("len: %d\n", len(s0))
fmt.Printf("cap: %d\n", cap(s0))
fmt.Println(s0)
-------结果-------------
len: 10
cap: 10
[1 2 3 4 5 6 7 8 9 10]
len: 15
cap: 20
[1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15]

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    我们可以发现，在第二次和第三次追加元素的时候，切片的容量发生了变化，两次都是扩充为之前容量的两倍。
    但是一定都是两倍扩容吗？事实上不是的，如以下代码：

    s0 := make([]int, 1000)
fmt.Printf("len: %d, cap: %d\n", len(s0), cap(s0))
s0 = append(s0, make([]int, 200)...)
fmt.Printf("len: %d, cap: %d\n", len(s0), cap(s0))
s0 = append(s0, make([]int, 400)...)
fmt.Printf("len: %d, cap: %d\n", len(s0), cap(s0))
-----结果--------------------------
len: 1000, cap: 1000
len: 1200, cap: 1536
len: 1600, cap: 2304

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    可以发现第一次扩容后，容量变为 1536，第二次扩容后容量又变成了 2304，并不是什么两倍的关系。
    通过查看 append 源码中的容量计算部分

    func growslice(et *_type, old slice, cap int) slice {
	...
newcap := old.cap
	doublecap := newcap + newcap
	if cap > doublecap {
		newcap = cap
	} else {
		const threshold = 256
		if old.cap < threshold {
			newcap = doublecap //小容量直接扩容到两倍容量
		} else {
			// Check 0 < newcap to detect overflow
			// and prevent an infinite loop.
			for 0 < newcap && newcap < cap {
				// Transition from growing 2x for small slices
				// to growing 1.25x for large slices. This formula
				// gives a smooth-ish transition between the two.
				//大容量取消了 1.25 倍扩容，选择了一个更为平滑的扩容方案
				newcap += (newcap + 3*threshold) / 4
			}
			// Set newcap to the requested cap when
			// the newcap calculation overflowed.
			if newcap <= 0 {
				newcap = cap
			}
		}
	}

	var overflow bool
	var lenmem, newlenmem, capmem uintptr
	// Specialize for common values of et.size.
	// For 1 we don't need any division/multiplication.
	// For goarch.PtrSize, compiler will optimize division/multiplication into a shift by a constant.
	// For powers of 2, use a variable shift.
	switch {
	case et.size == 1:
		lenmem = uintptr(old.len)
		newlenmem = uintptr(cap)
		capmem = roundupsize(uintptr(newcap))
		overflow = uintptr(newcap) > maxAlloc
		newcap = int(capmem)
	case et.size == goarch.PtrSize:
		lenmem = uintptr(old.len) * goarch.PtrSize
		newlenmem = uintptr(cap) * goarch.PtrSize
		capmem = roundupsize(uintptr(newcap) * goarch.PtrSize)
		overflow = uintptr(newcap) > maxAlloc/goarch.PtrSize
		newcap = int(capmem / goarch.PtrSize)
	case isPowerOfTwo(et.size):
		var shift uintptr
		if goarch.PtrSize == 8 {
			// Mask shift for better code generation.
			shift = uintptr(sys.Ctz64(uint64(et.size))) & 63
		} else {
			shift = uintptr(sys.Ctz32(uint32(et.size))) & 31
		}
		lenmem = uintptr(old.len) << shift
		newlenmem = uintptr(cap) << shift
		capmem = roundupsize(uintptr(newcap) << shift)
		overflow = uintptr(newcap) > (maxAlloc >> shift)
		newcap = int(capmem >> shift)
	default:
		lenmem = uintptr(old.len) * et.size
		newlenmem = uintptr(cap) * et.size
		capmem, overflow = math.MulUintptr(et.size, uintptr(newcap))
		capmem = roundupsize(capmem)
		newcap = int(capmem / et.size)
	}

	...
    return slice{p, old.len, newcap}
}

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    从源码中可以得知：

    1. 当需要的容量大于两倍旧切片的容量时,需要的容量就是新容量
    2. 当需要的容量小于两倍旧切片的容量时, 判断是否旧切片的长度, 如果小于 256 , 那么新的容量就是两倍旧的容量，当大于等于 256 时, 会选择一个过度算法 newcap += (newcap + 3*256) / 4 不断增加，直至大于等于需要的容量
    3. 特殊的一点是，后面的 capmem = roundupsize(uintptr(newcap) * et.size) 这个方法，做了内存对齐，导致最后算出的容量大于等于推算出来的容量，至于内存对齐都做了哪些操作，还有待研究。
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