go slice使用

落雷發表於2023-04-27
Go

1. 簡介

在go中，slice是一種動態陣列型別，其底層實現中使用了陣列。slice有以下特點：

*slice本身並不是陣列，它只是一個引用型別，包含了一個指向底層陣列的指標，以及長度和容量。
*slice的長度可以動態擴充套件或縮減，透過append和copy操作可以增加或刪除slice中的元素。
*slice的容量是指在底層陣列中slice可以繼續擴充套件的長度，容量可以透過make函式進行設定。

Slice 的底層實現是一個包含了三個欄位的結構體：

type`slice`struct {
    ptr uintptr // 指向底層陣列的指標
    len int     // slice 的長度
    cap int     // slice 的容量
}

當一個新的slice被建立時，Go會為其分配一個底層陣列，並且把指向該陣列的指標、長度和容量資訊儲存在slice結構體中。底層陣列的長度一般會比slice的容量要大，以便在append操作時有足夠的空間儲存新元素。

當一個slice作為引數傳遞給函式時，其實是傳遞了一個指向底層陣列的指標，這也就意味著在函式內部對slice的修改也會反映到函式外部。

在進行切片操作時，slice 的指標和長度資訊不會發生變化，只有容量資訊會發生變化。如果切片操作的結果仍然是一個 slice，那麼它所引用的底層陣列仍然和原來的slice是同一個陣列。

需要注意的是，當一個slice被傳遞給一個新的變數或者作為引數傳遞給函式時，並不會複製底層陣列，而是會共享底層陣列。因此，如果對一個slice的元素進行修改，可能會影響到共享底層陣列的其他slice。如果需要複製一個slice，可以使用copy函式。

2. 使用

slice的使用包括定義、初始化、新增、刪除、查詢等操作。

2.1 slice定義

slice是一個引用型別，可以透過宣告變數並使用make()函式來建立一個slice：

var sliceName []T
sliceName := make([]T, length, capacity)

其中，T代表該切片可以儲存的元素型別，length代表預留的元素數量，capacity代表預分配的儲存空間。

2.2 初始化

slice有兩種初始化的方式：宣告時初始化和使用append()函式初始化：

// 宣告時初始化
sliceName := []T{value1, value2, ..., valueN}

// 使用append()函式進行初始化
sliceName := make([]T, 0, capacity)
sliceName = append(sliceName, value1, value2, ..., valueN)

2.3 獲取slice元素

slice中的元素可以透過索引的方式來獲取，與c/c++類似，go的索引也是從0開始的：

sliceName[index]

2.4 新增元素到slice中

可以透過使用append()函式將元素新增到slice中。如果slice的容量不足，則會自動擴充套件。語法如下：

sliceName = append(sliceName, value1, value2, ..., valueN)

2.5 刪除slice中的元素

可以使用append()函式和切片操作來從slice中刪除元素。使用append()函式時，需要將帶有要刪除元素的切片放在最後。語法如下：

// 透過切片操作刪除元素
sliceName = append(sliceName[:index], sliceName[index+1:]...)

// 透過append()函式刪除元素
sliceName = append(sliceName[:index], sliceName[index+1:]...)

如上所見，二者的表現形式是一樣的，但內部實現是不同的：

  • 使用append()進行刪除的方式，實際上是將後面的元素向前移動一個位置，然後透過重新切片的方式來刪除最後一個元素。這種方式會建立一個新的底層陣列，並將原來的元素複製到新的陣列中，因此在刪除多個元素時可能會導致記憶體分配和複製開銷較大，影響效能
  • 使用切片語法進行刪除，底層陣列中被刪除元素的位置仍然存在，但是這些位置不再包含有效的資料。這種方式的效能比使用append()進行刪除要好，尤其是在刪除多個元素時，因為它不需要建立新的底層陣列，也不需要複製元素。但是，這種方式可能會導致底層陣列中存在大量未使用的空間，浪費記憶體

需要注意的是，在切片中刪除元素時，會重新分配記憶體並複製元素，因此刪除元素的成本會相對較高。為了減少記憶體分配和複製元素的次數，可以使用copy函式將後面的元素複製到前面，然後將切片的長度減少。具體實現方法可以參考下面的：

// 刪除切片中指定位置的元素
func removeElement(slice []int, index int) []int {
    copy(slice[index:], slice[index+1:])
    return slice[:len(slice)-1]
}

2.6 查詢slice中的元素

可以使用for和range遍歷slice來實現元素查詢：

// 使用for迴圈和range關鍵字遍歷Slice
for index, value := range sliceName {
    if value == targetValue {
        // 找到了目標元素
        break
    }
}

2.7 切片操作

可以使用切片操作來獲取子切片，操作如下：

// 切片操作：獲取從第i個元素到第j個元素的子切片
sliceName[i:j]

// 切片操作：獲取從第i個元素到第j個元素，且容量為k的子切片
sliceName[i:j:k]

3. 關於slice擴容

在Go語言中，slice會隨著元素的增加而動態擴容。當容量不足時，slice會自動重新分配記憶體，將原有元素複製到新的底層陣列中，並在新陣列後面新增新的元素。

slice的擴容機制可以描述為：當slice的長度超過了底層陣列的容量時，Go語言會按照一定的策略重新分配一塊更大的記憶體，並將原來的元素複製到新的記憶體中，然後再新增新元素。具體的策略如下：

  1. 如果新長度（即len(s)+1）小於等於原長度（即cap(s)），則slice不需要擴容，直接新增元素即可。
  2. 如果新長度大於原長度且小於原長度的兩倍（即 cap(s)*2），則新slice的容量就是原來的兩倍，也就是說將底層陣列擴容為原來的兩倍，並將原來的元素複製到新的陣列中。
  3. 如果新長度大於原長度的兩倍，會嘗試使用新長度作為容量，如果仍然不夠，則按照擴容倍數（預設是 2）來擴容。

需要注意的是，slice擴容是一個開銷比較大的操作，因為需要重新分配記憶體、複製資料等。所以在編寫程式碼時應該儘可能地減少slice擴容的次數，以提高程式的效能。

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