整明白 Golang slice 宣告方式、淺複製現象、深複製、append操作

Mr-houzi發表於2021-11-30

什麼是切片

切片（slice）是對陣列一個連續片段的引用。切片是一個引用型別，它實際並不儲存元素，它只是標識了陣列上的某一個連續片段。

陣列在記憶體中是一連串的記憶體空間，每個元素佔據一塊記憶體。

切片的資料結構是一個結構體，結構體內由三個引數。

Pointer 指向陣列中它要表示的片段的起始元素；
len 長度
cap 最大容量

type slice struct {
    array unsafe.Pointer
    len   int
    cap   int
}

slice示意圖：

宣告方式

slice 有[]T{}、new 、make三種宣告方式。具體有哪些區別將會根據下面例項進行分析。

sl := []string{"a", "b", "c", "d"}

sl := make([]string, 4)

sl := new([]string)
*sl = make([]string, 4)

淺複製現象

賦值過程中發生的淺複製

來看例項程式碼

func example1a()  {
    sl := []string{"a", "b", "c", "d"}
    fmt.Printf("sl:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl, sl, &sl)

    // 淺複製1：賦值過程中發生的淺複製
    sl1 := sl
    fmt.Printf("sl1:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl1, sl1, &sl1)
    sl1[0] = "a被修改"
    fmt.Println("================ sl1 被修改後 ================")
    fmt.Printf("sl:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl, sl, &sl)
    fmt.Printf("sl1:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl1, sl1, &sl1)
}

sl:[a b c d] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000020080 變數地址：0xc000004078
sl1:[a b c d] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000020080 變數地址：0xc0000040c0
================ sl1 被修改後 ================
sl:[a被修改 b c d] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000020080 變數地址：0xc000004078
sl1:[a被修改 b c d] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000020080 變數地址：0xc0000040c0

sl 宣告得到了一個切片，並在建立了一個陣列，sl 切片的內部指標指向這個陣列。

sl1 由 sl 賦值而來，sl1 得到了一個和 sl 一樣的切片，同樣它的內部指標也指向最初建立的陣列。

當對 sl1 的索引 0 進行修改後，列印 sl 對應的元素值也將發生變化。

通常，在沒有了解切片結構的開發者，會誤以為 sl1 與 sl 是完全獨立，互相的修改並不影響對方。實際上，它們確實是兩個完全獨立的記憶體，但是它們的內部結構都指向了同一個陣列。

切片並不儲存陣列元素，它只是~~搬運工~~，標識了陣列上的片段區間。

所以， sl1[0] 的修改實際上是修改的 sl1 索引0 對應的在陣列上的元素值。當訪問 sl 時，它讀取自己在陣列上的片段時，也將受到影響。

這一現象也被稱之為淺複製。

函式形參中發生的淺複製

淺複製不只發生在變數賦值過程中，在呼叫函式實參傳給形參的時候也在悄然發生。

func example1b()  {
    sl := []string{"a", "b", "c", "d"}
    fmt.Printf("sl:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl, sl, &sl)

    // 淺複製2：函式形參中發生的淺複製
    func (slParam []string) {
        fmt.Printf("slParam:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", slParam, slParam, &slParam)
        slParam[0] = "a被修改"
        fmt.Println("================ slParam 被修改後 ================")
        fmt.Printf("sl:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl, sl, &sl)
        fmt.Printf("slParam:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", slParam, slParam, &slParam)
    }(sl)
    // 外部的 sl 也將受到變化
    fmt.Printf("sl:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl, sl, &sl)
}

sl:[a b c d] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000020080 變數地址：0xc000004078
slParam:[a b c d] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000020080 變數地址：0xc0000040c0
================ slParam 被修改後 ================
sl:[a被修改 b c d] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000020080 變數地址：0xc000004078
slParam:[a被修改 b c d] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000020080 變數地址：0xc0000040c0
sl:[a被修改 b c d] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000020080 變數地址：0xc000004078

在函式內部對形參切片的修改，將影響函式外實參。看過例項1a後，相信你對於這個結果並不會太震驚。

切片實參和形參是兩個不同變數，但它們擁有同樣的內部結構，內部結構中的指標依然是分別指向陣列。

深複製操作

例項1a和1b中展示了切片的淺複製現象，對於如何解決淺複製問題在本例中將會解答。

func example3()  {
    sl := []string{"a", "b", "c", "d"}
    fmt.Printf("sl:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl, sl, &sl)

    // 深複製：通過 copy 解決賦值過程中發生的淺複製
    sl2 := make([]string, 4)
    fmt.Printf("sl2:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl2, sl2, &sl2)
    copy(sl2, sl)
    fmt.Println("================ copy 複製後 ================")
    fmt.Printf("sl2:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl2, sl2, &sl2)
    fmt.Printf("sl:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl, sl, &sl)
    sl2[0] = "a被修改了"
    fmt.Println("================ sl2 被修改後 ================")
    fmt.Printf("sl2:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl2, sl2, &sl2)
    fmt.Printf("sl:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl, sl, &sl)
}

sl:[a b c d] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000020080 變數地址：0xc000004078
sl2:[   ] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc0000200c0 變數地址：0xc0000040c0
================ copy 複製後 ================
sl2:[a b c d] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc0000200c0 變數地址：0xc0000040c0
sl:[a b c d] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000020080 變數地址：0xc000004078
================ sl2 被修改後 ================
sl2:[a被修改了 b c d] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc0000200c0 變數地址：0xc0000040c0
sl:[a b c d] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000020080 變數地址：0xc000004078

本例中通過 copy 方法深複製操作解決了賦值過程中的淺複製現象。sl2 和 sl 將是兩個完全不同的切片，並且其內部指標也將指向兩個不同的陣列。這樣，一方的修改就不會影響另一方了。

append 操作

本例中展示了 append 操作。

func example4()  {
sl := []string{"a", "b", "c", "d"}
    sl2 := sl
    fmt.Printf("sl:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl, sl, &sl)
    fmt.Printf("sl2:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl2, sl2, &sl2)
    fmt.Printf("sl2:cap:%d,len:%d\n", cap(sl2), len(sl2))

    fmt.Println("================ 陣列每個元素對應的地址 ================")
    fmt.Printf("a:%p b:%p c:%p d:%p \n", &sl[0], &sl[1], &sl[2], &sl[3])
    sl2 = sl2[1:2]
    fmt.Println("================ sl2[1:2] 使切片 sl2 指向了 b 元素 ================")
    fmt.Printf("sl2:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl2, sl2, &sl2)

    fmt.Printf("sl2:cap:%d,len:%d\n", cap(sl2), len(sl2))
    sl2 = append(sl2[:1], "e")
    fmt.Println("================ 切片還有空閒容量進行 append e ================")
    fmt.Printf("sl2:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl2, sl2, &sl2)
    fmt.Printf("sl:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl, sl, &sl)

    sl2 = append(sl2, "f")
    fmt.Println("================ 切片還有空閒容量進行 append f  ================")
    fmt.Printf("sl2:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl2, sl2, &sl2)
    fmt.Printf("sl:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl, sl, &sl)

    fmt.Printf("sl2:cap:%d,len:%d\n", cap(sl2), len(sl2))
    sl2 = append(sl2, "g")
    fmt.Println("================ 切片沒有空閒容量進行 append g  ================")
    fmt.Printf("sl2:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl2, sl2, &sl2)
    fmt.Printf("sl:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl, sl, &sl)

    fmt.Println("================ 發生擴容後 ================")
    fmt.Printf("sl2:cap:%d,len:%d\n", cap(sl2), len(sl2))
    fmt.Printf("sl2:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl2, sl2, &sl2)
    sl2 = sl2[:6]
    fmt.Printf("sl2:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl2, sl2, &sl2)
    fmt.Println("================ 新陣列每個元素對應的地址 ================")
    fmt.Printf("b:%p c:%p e:%p f:%p \n", &sl2[0], &sl2[1], &sl2[2], &sl2[3])
}

sl:[a b c d] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000020080 變數地址：0xc000004078
sl2:[a b c d] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000020080 變數地址：0xc000004090
sl2:cap:4,len:4
================ 陣列每個元素對應的地址 ================
a:0xc000020080 b:0xc000020090 c:0xc0000200a0 d:0xc0000200b0 
================ sl2[1:2] 使切片 sl2 指向了 b 元素 ================
sl2:[b] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000020090 變數地址：0xc000004090
sl2:cap:3,len:1
================ 切片還有空閒容量進行 append e ================
sl2:[b e] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000020090 變數地址：0xc000004090
sl:[a b e d] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000020080 變數地址：0xc000004078
================ 切片還有空閒容量進行 append f  ================
sl2:[b e f] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000020090 變數地址：0xc000004090
sl:[a b e f] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000020080 變數地址：0xc000004078
sl2:cap:3,len:3
================ 切片沒有空閒容量進行 append g  ================
sl2:[b e f g] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc00004e060 變數地址：0xc000004090
sl:[a b e f] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000020080 變數地址：0xc000004078
================ 發生擴容後 ================
sl2:cap:6,len:4
sl2:[b e f g] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc00004e060 變數地址：0xc000004090
sl2:[b e f g  ] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc00004e060 變數地址：0xc000004090
================ 新陣列每個元素對應的地址 ================
b:0xc00004e060 c:0xc00004e070 e:0xc00004e080 f:0xc00004e090

1.最初切片剛建立的時候，sl、sl2 切片內部指標指向陣列第一個元素a。

2.經過 sl2 = sl2[1:2] 後，sl2 指向了陣列中的第二個 b 元素。

3.往 sl2 切片 append e 時，此時 sl2 還有空閒空間（cap-len>0），append 操作直接修改了陣列元素 c => e。

4.往 sl2 切片 append f 時，此時 sl2 依然還有空閒空間（cap-len>0），append 操作直接修改了陣列元素 d => f。

5.往 sl2 切片 append g 時，此時 sl2 已經沒有空閒空間了（cap-len=0），append 操作會導致擴容。由於陣列空間是固定不變的，擴容將使 sl2 指向新的陣列。sl2 第一個元素仍然是 b，但它指向地址已經不再是最初陣列中元素b的地址了，這一點可以證明發生了擴容，併產生了新陣列。

實際上 sl2 僅需要 4 個空間，對應的新陣列卻提供了 6 個空間，至於這點應該和切片的擴容機制有關，後續文章可能會繼續深入探討。

其餘幾種 slice 宣告和操作方式

&[]T

sl := &[]string{"a", "b", "c", "d"}
// 等價於
s := []string{"a", "b", "c", "d"}
sl := &s

sl 將得到的是指向切片的地址，它是一個指標，指向切片，而切片內部指標指向陣列。

func example2()  {
    sl := &[]string{"a", "b", "c", "d"}
    fmt.Printf("sl:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl, sl, &sl)

    sl1 := sl
    fmt.Printf("sl1:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl1, sl1, &sl1)
    *sl1 = append(*sl1, "e")
    fmt.Println("================ append 後 ================")
    fmt.Printf("sl1:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl1, sl1, &sl1)
    fmt.Printf("sl:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl, sl, &sl)

    (*sl1)[0] = "a被修改"
    fmt.Println("================ sl1 被修改後 ================")
    fmt.Printf("sl1:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl1, sl1, &sl1)
    fmt.Printf("sl:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl, sl, &sl)
}

sl:&[a b c d] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000004078 變數地址：0xc000006028
sl1:&[a b c d] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000004078 變數地址：0xc000006038
================ append 後 ================
sl1:&[a b c d e] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000004078 變數地址：0xc000006038
sl:&[a b c d e] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000004078 變數地址：0xc000006028
================ sl1 被修改後 ================
sl1:&[a被修改 b c d e] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000004078 變數地址：0xc000006038
sl:&[a被修改 b c d e] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000004078 變數地址：0xc000006028

make

make 方式建立切片，make 初始化了陣列空間大小，元素初始值預設為零值。

func example5()  {
    sl := make([]string, 4)
    fmt.Printf("sl:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl, sl, &sl)
    sl[0] = "a"
    sl[1] = "b"
    sl[2] = "c"
    sl[3] = "d"
    fmt.Printf("sl:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl, sl, &sl)
    sl = append(sl, "e", "f", "g", "h")
    fmt.Printf("sl:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl, sl, &sl)
}

sl:[   ] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000020080 變數地址：0xc000004078
sl:[a b c d] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000020080 變數地址：0xc000004078
sl:[a b c d e f g h] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc00010a000 變數地址：0xc000004078

new

new 建立切片將返回地址，sl 此時拿到的僅是地址，切片對應的陣列甚至都沒有初始化，此時無法使用這個切片。

直到經過*sl = make([]string, 4)，之後才能正常通過指標操作切片。

func example6()  {
    sl := new([]string)
    fmt.Printf("sl:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl, sl, &sl)
    // new 只拿到了一個指標，並沒法使用這個slice，必須經過 make 初始化後，才能使用
    *sl = make([]string, 4)
    fmt.Println("================ make 後 ================")
    fmt.Printf("sl:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl, sl, &sl)

    (*sl)[0] = "a"
    (*sl)[1] = "b"
    (*sl)[2] = "c"
    (*sl)[3] = "d"
    fmt.Println("================ 賦值後 ================")
    fmt.Printf("sl:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl, sl, &sl)

    *sl = append(*sl, "b")
    fmt.Println("================ append 後 ================")
    fmt.Printf("sl:%+v 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：%p 變數地址：%p\n", sl, sl, &sl)
}

sl:&[] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000004078 變數地址：0xc000006028
================ make 後 ================
sl:&[   ] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000004078 變數地址：0xc000006028
================ 賦值後 ================
sl:&[a b c d] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000004078 變數地址：0xc000006028
================ append 後 ================
sl:&[a b c d b] 變數（或變數結構某個指標）指向地址（變數值）：0xc000004078 變數地址：0xc000006028

總結

slice 有[]T{}、new 、make三種宣告方式。
slice 會在變數賦值時發生淺複製。
copy() 可以讓 slice 進行深複製。
append 再操作切片時，切片空閒容量不足時會發生擴容。

end!

文章來自整明白 Golang slice 宣告方式、淺複製現象、深複製、append操作 | 猴子星球|Mr-houzi

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