4.2. Slice

Slice(切片)代表變長的序列,序列中每個元素都有相同的類型。一個slice類型一般寫作[]T,其中T代表slice中元素的類型;slice的語法和數組很像,隻是沒有固定長度而已。

數組和slice之間有着緊密的聯繫。一個slice是一個輕量級的數據結構,提供了訪問數組子序列(或者全部)元素的功能,而且slice的底層確實引用一個數組對象。一個slice由三個部分構成:指針、長度和容量。指針指向第一個slice元素對應的底層數組元素的地址,要註意的是slice的第一個元素併不一定就是數組的第一個元素。長度對應slice中元素的數目;長度不能超過容量,容量一般是從slice的開始位置到底層數據的結尾位置。內置的len和cap函數分别返迴slice的長度和容量。

多個slice之間可以共享底層的數據,併且引用的數組部分區間可能重疊。圖4.1顯示了表示一年中每個月份名字的字符串數組,還有重疊引用了該數組的兩個slice。數組這樣定義

months := [...]string{1: "January", /* ... */, 12: "December"}

因此一月份是months[1],十二月份是months[12]。通常,數組的第一個元素從索引0開始,但是月份一般是從1開始的,因此我們聲明數組時直接跳過第0個元素,第0個元素會被自動初始化爲空字符串。

slice的切片操作s[i:j],其中0 ≤ i≤ j≤ cap(s),用於創建一個新的slice,引用s的從第i個元素開始到第j-1個元素的子序列。新的slice將隻有j-i個元素。如果i位置的索引被省略的話將使用0代替,如果j位置的索引被省略的話將使用len(s)代替。因此,months[1:13]切片操作將引用全部有效的月份,和months[1:]操作等價;months[:]切片操作則是引用整個數組。讓我們分别定義表示第二季度和北方夏天月份的slice,它們有重疊部分:

Q2 := months[4:7]
summer := months[6:9]
fmt.Println(Q2)     // ["April" "May" "June"]
fmt.Println(summer) // ["June" "July" "August"]

兩個slice都包含了六月份,下面的代碼是一個包含相同月份的測試(性能較低):

for _, s := range summer {
    for _, q := range Q2 {
        if s == q {
            fmt.Printf("%s appears in both\n", s)
        }
    }
}

如果切片操作超出cap(s)的上限將導致一個panic異常,但是超出len(s)則是意味着擴展了slice,因爲新slice的長度會變大:

fmt.Println(summer[:20]) // panic: out of range

endlessSummer := summer[:5] // extend a slice (within capacity)
fmt.Println(endlessSummer)  // "[June July August September October]"

另外,字符串的切片操作和[]byte字節類型切片的切片操作是類似的。它們都寫作x[m:n],併且都是返迴一個原始字節繫列的子序列,底層都是共享之前的底層數組,因此切片操作對應常量時間複雜度。x[m:n]切片操作對於字符串則生成一個新字符串,如果x是[]byte的話則生成一個新的[]byte。

因爲slice值包含指向第一個slice元素的指針,因此向函數傳遞slice將允許在函數內部脩改底層數組的元素。換句話説,複製一個slice隻是對底層的數組創建了一個新的slice别名(§2.3.2)。下面的reverse函數在原內存空間將[]int類型的slice反轉,而且它可以用於任意長度的slice。

gopl.io/ch4/rev Go // reverse reverses a slice of ints in place. func reverse(s []int) { for i, j := 0, len(s)-1; i < j; i, j = i+1, j-1 { s[i], s[j] = s[j], s[i] } }

這里我們反轉數組的應用:

a := [...]int{0, 1, 2, 3, 4, 5}
reverse(a[:])
fmt.Println(a) // "[5 4 3 2 1 0]"

一種將slice元素循環向左镟轉n個元素的方法是三次調用reverse反轉函數,第一次是反轉開頭的n個元素,然後是反轉剩下的元素,最後是反轉整個slice的元素。(如果是向右循環镟轉,則將第三個函數調用移到第一個調用位置就可以了。)

s := []int{0, 1, 2, 3, 4, 5}
// Rotate s left by two positions.
reverse(s[:2])
reverse(s[2:])
reverse(s)
fmt.Println(s) // "[2 3 4 5 0 1]"

要註意的是slice類型的變量s和數組類型的變量a的初始化語法的差異。slice和數組的字面值語法很類似,它們都是用花括弧包含一繫列的初始化元素,但是對於slice併沒有指明序列的長度。這會隱式地創建一個合適大小的數組,然後slice的指針指向底層的數組。就像數組字面值一樣,slice的字面值也可以按順序指定初始化值序列,或者是通過索引和元素值指定,或者的兩種風格的混合語法初始化。

和數組不同的是,slice之間不能比較,因此我們不能使用==操作符來判斷兩個slice是否含有全部相等元素。不過標準庫提供了高度優化的bytes.Equal函數來判斷兩個字節型slice是否相等([]byte),但是對於其他類型的slice,我們必須自己展開每個元素進行比較:

func equal(x, y []string) bool {
    if len(x) != len(y) {
        return false
    }
    for i := range x {
        if x[i] != y[i] {
            return false
        }
    }
    return true
}

上面關於兩個slice的深度相等測試,運行的時間併不比支持==操作的數組或字符串更多,但是爲何slice不直接支持比較運算符呢?這方面有兩個原因。第一個原因,一個slice的元素是間接引用的,一個slice甚至可以包含自身。雖然有很多辦法處理這種情形,但是沒有一個是簡單有效的。

第二個原因,因爲slice的元素是間接引用的,一個固定值的slice在不同的時間可能包含不同的元素,因爲底層數組的元素可能會被脩改。併且Go語言中map等哈希表之類的數據結構的key隻做簡單的淺拷貝,它要求在整個聲明週期中相等的key必須對相同的元素。對於像指針或chan之類的引用類型,==相等測試可以判斷兩個是否是引用相同的對象。一個針對slice的淺相等測試的==操作符可能是有一定用處的,也能臨時解決map類型的key問題,但是slice和數組不同的相等測試行爲會讓人睏惑。因此,安全的做法是直接禁止slice之間的比較操作。

slice唯一合法的比較操作是和nil比較,例如:

if summer == nil { /* ... */ }

一個零值的slice等於nil。一個nil值的slice併沒有底層數組。一個nil值的slice的長度和容量都是0,但是也有非nil值的slice的長度和容量也是0的,例如[]int{}或make([]int, 3)[3:]。與任意類型的nil值一樣,我們可以用[]int(nil)類型轉換表達式來生成一個對應類型slice的nil值。

var s []int    // len(s) == 0, s == nil
s = nil        // len(s) == 0, s == nil
s = []int(nil) // len(s) == 0, s == nil
s = []int{}    // len(s) == 0, s != nil

如果你需要測試一個slice是否是空的,使用len(s) == 0來判斷,而不應該用s == nil來判斷。除了和nil相等比較外,一個nil值的slice的行爲和其它任意0長度的slice一樣;例如reverse(nil)也是安全的。除了文檔已經明確説明的地方,所有的Go語言函數應該以相同的方式對待nil值的slice和0長度的slice。

內置的make函數創建一個指定元素類型、長度和容量的slice。容量部分可以省略,在這種情況下,容量將等於長度。

make([]T, len)
make([]T, len, cap) // same as make([]T, cap)[:len]

在底層,make創建了一個匿名的數組變量,然後返迴一個slice;隻有通過返迴的slice才能引用底層匿名的數組變量。在第一種語句中,slice是整個數組的view。在第二個語句中,slice隻引用了底層數組的前len個元素,但是容量將包含整個的數組。額外的元素是留給未來的增長用的。

{% include “./ch4-02-1.md” %}

{% include “./ch4-02-2.md” %}