《10节课学会Go-06-数组与切片》

本文是全系列中第6 / 10篇：10节课学会Go

数组与切片

在 Go 中，数组和切片是两个非常常用的数据结构。虽然它们都可以存储一系列元素，但它们之间有着很大的区别。

数组是一个固定大小的数据结构，一旦创建后，其大小就不能被改变，数组中的所有元素必须是相同的类型。
切片是一个动态大小的数据结构，它可以根据需要动态地增长或缩小。

需要注意的是，切片中的元素只是对底层数组的引用，当切片被传递给函数时，函数中对切片元素的修改会反映在原始切片中。这种行为类似于指针，但切片比指针更安全，因为切片的长度信息可以帮助我们避免访问超出数组边界的元素。

数组基础用法

在 Golang 中，数组是具有相同数据类型的一组固定长度的数据项的集合。数组中的每个元素可以通过索引来访问，索引从 0 开始计数。数组的长度在创建时就已经确定，并且不可更改。创建一个数组的语法格式:

var array [length]type

其中，length 表示数组的长度，type 表示数组元素的数据类型。

package main

import "fmt"

type dome struct {
  a int
  b float32
}

// 定义数组, 数组必须指定大小
func main() {
  // 类型 [n]T 表示拥有 n 个 T 类型的值的数组
  // 类型 [3]int 表示拥有 3 个 int 类型的值的数组, 默认值为0
  var arrayInt = [3]int{} // uint8,int8,uint16,int16,uint32,int32,uint64,int64,uintptr
  arrayInt[0] = 1 
  arrayInt[1] = 2
  fmt.Printf("arrayInt: %+vn", arrayInt)

  arrayBool := [3]bool{false, true}
  fmt.Printf("arrayBool: %+vn", arrayBool)

  arrayFloat32 := [3]float32{1.0, 2.0} // float64
  fmt.Printf("arrayFloat32: %+vn", arrayFloat32)

  arrayString := [3]string{"Golang", "Tutorial"}
  fmt.Printf("arrayString: %+vn", arrayString)

  arrayStruct := [3]dome{{a: 1, b: 2.0}, {a: 11, b: 22.0}}
  fmt.Printf("arrayStruct: %+vn", arrayStruct)

  // 数组可以直接通过下标访问 T[x]
  fmt.Printf("arrayInt[0]: %dn", arrayInt[0])

  // 数组可以直接通过下标修改 T[x] = y
  arrayInt[0] = 11
  fmt.Printf("arrayInt[0]: %dn", arrayInt[0])
}

如上代码中var arrayInt = [3]int{}表示定义一个大小为3的int型数组； arrayBool := [3]bool{false, true}表示定义一个大小为3的bool型数组, 并且初始化第一个元素为false, 第二个元素为true。

需要注意的是，由于数组长度是固定的，因此在 Golang 中很少直接使用数组。更常见的是使用切片（slice），它是一个动态数组，可以根据需要动态增加或减少大小。

切片基础用法

在 Golang 中，切片是一个引用类型，它是一个动态数组，可以根据需要动态增加或减少大小。与数组不同的是，切片的长度并不是固定的，而是可以动态变化的。创建一个切片的语法格式：

var slice []type

其中，type 表示切片中元素的数据类型。

定义切片

package main

import (
  "fmt"
  "unsafe"
)

// 切片也可以定义在全局
var sliceByte []byte

// Steps1 定义切片
func Steps1() {
  // Steps 1-1: 类型 []T 表示一个元素类型为 T 的切片
  // 切片拥有长度和容量, 切片在添加数据时会自动扩容, 可以通过len(),cap()获取切片长度和容量
  var sliceInt []int // uint8,int8,uint16,int16,uint32,int32,uint64,int64,uintptr

  // Steps 1-2: append 向切片中添加元素（可能会导致内存重新分配）
  for i := 0; i  10; i++ {
    sliceInt = append(sliceInt, i)
  }
  fmt.Printf("tsliceInt:%+v len:%d cap:%dn",
    sliceInt,
    len(sliceInt),
    cap(sliceInt))

  // Steps 1-3: 获取切片长度
  fmt.Println("tsliceInt len:", len(sliceInt))

  // Steps 1-4: 获取切片的容量
  fmt.Println("tsliceInt cap:", cap(sliceInt))

  // Steps 1-5: nil 切片的长度和容量为 0 且没有底层数组
  var sliceBool []bool
  fmt.Printf("tsliceBool:%+v len:%d cap:%dn",
    sliceBool,
    len(sliceBool),
    cap(sliceBool))
}

// 每个数组的大小都是固定的。而切片则为数组元素提供动态大小的、灵活的视角
func main() {
  fmt.Println("Steps1():")
  Steps1()
}

首先，代码定义了一个全局变量 sliceByte，它是一个 []byte 类型的切片。

接着，在 Steps1() 函数中，定义了一个名为 sliceInt 的 []int 类型的切片，并使用 append() 函数向其中添加了 10 个元素。并通过 fmt.Printf() 函数，格式化输出切片的值、长度和容量。

然后，通过使用 len() 函数获取切片的长度，以及使用 cap() 函数获取切片的容量。

最后，代码定义了一个名为 sliceBool 的 []bool 类型的切片，它的长度和容量都为 0，且没有底层数组。

初始化切片

package main

import (
  "fmt"
  "unsafe"
)

// Steps2 定义并初始化切片
func Steps2() {
  // Steps 2-1: 初始化切片
  sliceString := []string{"Golang", "Tutorial"}
  fmt.Printf("tsliceString:%+v len:%d cap:%dn",
    sliceString,
    len(sliceString),
    cap(sliceString))
}

// 每个数组的大小都是固定的。而切片则为数组元素提供动态大小的、灵活的视角
func main() {
  fmt.Println("Steps2():")
  Steps2()
}

如上代码使用了简短声明语法初始化了一个字符串类型的切片 sliceString，并且包含了两个元素 "Golang" 和 "Tutorial"。通过 len() 和 cap() 函数可以分别获取切片的长度和容量。

通过make创建切片

通过 make() 函数来创建切片，语法格式如下：

make([]T, len)
make([]T, len, cap)

其中，T 表示切片元素的类型，len 表示切片的长度，cap 表示切片的容量。如果没有指定容量，则默认容量等于长度。使用 make() 函数创建的切片在内存中是连续的，并且所有元素都被初始化为对应类型的零值。

package main

import (
  "fmt"
  "unsafe"
)

// Steps3 通过 make 创建切片
func Steps3() {
  // Steps 3-1: 用内建函数 make 来创建切片
  // make([]T,len,cap)
  sliceFloat32 := make([]float32, 5)
  fmt.Printf("tsliceFloat32:%+v len:%d cap:%dn",
    sliceFloat32,
    len(sliceFloat32),
    cap(sliceFloat32))
  sliceFloat64 := make([]float64, 5, 10)
  fmt.Printf("tsliceFloat64:%+v len:%d cap:%dn",
    sliceFloat64,
    len(sliceFloat64),
    cap(sliceFloat64))
}

// 每个数组的大小都是固定的。而切片则为数组元素提供动态大小的、灵活的视角
func main() {
  Steps3()
  fmt.Println("Steps4():")
}

如上代码

通过make创建一个长度为 5 的 float32 类型切片 sliceFloat32，并且切片容量等于长度，因为没有指定容量。
通过make创建一个长度为 5，容量为 10 的 float64 类型切片 sliceFloat64。

定义二维切片

package main

import (
  "fmt"
  "unsafe"
)

// Steps4 二维切片
func Steps4() {
  // Steps 4-1: 定义二维切片，并赋值
  sliceStringString := [][]string{
    []string{"0", "0", "0", "0", "0"},
    []string{"0", "0", "0", "0", "0"},
    []string{"0", "0", "0", "0", "0"},
    []string{"0", "0", "0", "0", "0"},
  }
  fmt.Printf("tsliceStringString:%+v len:%d cap:%dn",
    sliceStringString,
    len(sliceStringString),
    cap(sliceStringString))
  // Steps 4-3: 添加一行
  sliceStringString = append(sliceStringString, []string{"1", "1", "1", "1", "1"})
  fmt.Printf("tsliceStringString:%+v len:%d cap:%dn",
    sliceStringString,
    len(sliceStringString),
    cap(sliceStringString))

  // Steps 4-3: 打印二维数组
  for i := 0; i  len(sliceStringString); i++ { // len(sliceStringString) y轴数组长度
    fmt.Print("t")
    for j := 0; j  len(sliceStringString[i]); j++ { // len(sliceStringString[i]) 第i行 x轴数组长度
      fmt.Printf("%s ", sliceStringString[i][j])
    }
    fmt.Println()
  }
}

// 每个数组的大小都是固定的。而切片则为数组元素提供动态大小的、灵活的视角
func main() {
  fmt.Println("Steps4():")
  Steps4()
}

截取切片

在 Go 中，可以使用切片来截取数组或切片的一部分，得到一个新的切片。切片的格式为 slice[low:high]，其中 low 是需要截取的开始位置（包含），high 是需要截取的结束位置（不包含），新的切片包含从 low 到 high-1 的所有元素。例如，给定一个数组 a := [5]int{0, 1, 2, 3, 4}，则 a[1:3] 将会得到一个切片 [1, 2]。如果省略 low 则默认从 0 开始，如果省略 high 则默认到切片的末尾。

在截取切片时还可以指定容量，格式为 slice[low:high:cap]，其中 cap 是截取后切片的容量。如果省略 cap，则新切片的容量等于从 low 开始的剩余容量，也就是原始切片的容量减去 low。如果指定了 cap，则新切片的容量将是 cap-low。

需要注意的是，切片只是底层数组的一个映射，所以修改切片的元素会修改底层数组中对应的元素。此外，与切片共享底层数组的其他切片也会观察到这些修改。

package main

import (
    "fmt"
    "unsafe"
)

// Steps5 切片上截取切片
func Steps5() {
    // Steps 5-1: 定义切片并初始化
 sliceInt := []int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
    fmt.Printf("tsliceInt:%+v len:%d cap:%dn",
        sliceInt,
        len(sliceInt),
        cap(sliceInt))

    // Steps 5-2: 可以用 slice[low : high] or slice[low : high] 来截取数组或切片的一个片段长度为 high-low
 // 注意: sliceInt[0:3] 等同于 sliceInt[:3]
 interceptionSliceInt := sliceInt[1:3] // 获取 sliceInt 下标 1-2 的元素:[1,2,3] 长度为2,容量为9
 fmt.Printf("tinterceptionSliceInt:%+v len:%d cap:%dn",
        interceptionSliceInt,
        len(interceptionSliceInt),
        cap(interceptionSliceInt))

    // Steps 5-3: 可以用 slice[low : high: cap] 来截取切片或数组的一个片段长度为 high-low,容量为cap
 interceptionSliceIntCap := sliceInt[1:3:5] // 获取 sliceInt 下标 1-2 的元素:[1,2,3] 长度为2, 容量为4
 fmt.Printf("tinterceptionSliceIntCap:%+v len:%d cap:%dn",
        interceptionSliceIntCap,
        len(interceptionSliceIntCap),
        cap(interceptionSliceIntCap))

    // Steps 5-4: 切片并不存储任何数据，它只是描述了底层数组中的一段
 // 更改切片的元素会修改其底层数组中对应的元素,与它共享底层数组的切片都会观测到这些修改
 interceptionSliceIntCap[0] = 111
    fmt.Printf("tsliceInt:%+v len:%d cap:%dn",
        sliceInt,
        len(sliceInt),
        cap(sliceInt))
    fmt.Printf("tinterceptionSliceInt:%+v len:%d cap:%dn",
        interceptionSliceInt,
        len(interceptionSliceInt),
        cap(interceptionSliceInt))

    // interceptionSliceIntCap[2] 超出当前len, 打印报错 panic: runtime error: index out of range [2] with length 2
 //fmt.Printf("interceptionSliceIntCap[2]:%d",interceptionSliceIntCap[2])

    // 通过指针偏移强行获取底层元素（这种方式时不安全的）
 fmt.Printf("tinterceptionSliceCap[2]:%dn", *(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&interceptionSliceIntCap[0])) + uintptr(16))))

    // Steps 5-6: 修改interceptionSliceCap[2]的值为33,底层切片sliceInt对应[3]位置改变33
 *(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&interceptionSliceIntCap[0])) + uintptr(16))) = 33
    fmt.Printf("tsliceInt[3]:%dn", sliceInt[3])

    interceptionSliceIntCap[0] = 11
    fmt.Printf("tsliceInt[1]:%dn", sliceInt[1])
}

// 每个数组的大小都是固定的。而切片则为数组元素提供动态大小的、灵活的视角
func main() {
    fmt.Println("Steps5():")
    Steps5()
}

在代码中，我们还展示了如何通过指针偏移来获取底层数组中的元素。这种方法是不安全的，因为它不受到 Go 语言类型系统的保护，可能会导致程序崩溃或者其他不可预测的结果。

切片的拷贝

切片拷贝不是将新旧切片直接赋值，这样只会赋值切片的引用，他们底层还是共用的同一片存储空间，修改新切片会导致旧切片也一起变。

所以真正的拷贝是将旧的切片的所有元素复制到新的切片中，可以使用内建函数 copy 来完成。其函数为：

func copy(dst, src []T) int

其中，src 是源切片，dst 是目标切片，T 是切片元素类型。copy 函数会将源切片的元素复制到目标切片中，并返回实际复制的元素个数（复制长度为两个切片长度的最小值）。

需要注意的是，copy 函数不会创建新的切片，只是将源切片的元素复制到目标切片中。如果目标切片长度小于源切片长度，只会复制目标切片长度的元素，而源切片中剩余的元素会被丢弃。如果目标切片长度大于源切片长度，只会复制源切片长度的元素，而目标切片中剩余的元素会保持原值不变。

package main

import (
    "fmt"
)

// 指针持有者类型的拷贝问题

// Steps1 浅拷贝
func Steps1() {
    var sliceInt = []int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
    var sliceIntTmp []int

    fmt.Printf("tsliceInt:%+v len:%d cap:%dn",
        sliceInt,
        len(sliceInt),
        cap(sliceInt))

    sliceIntTmp = sliceInt
    fmt.Printf("tsliceIntTmp:%+v len:%d cap:%dn",
        sliceIntTmp,
        len(sliceIntTmp),
        cap(sliceIntTmp))

    sliceIntTmp[0] = 111

    fmt.Printf("tsliceInt:%+v len:%d cap:%dn",
        sliceInt,
        len(sliceInt),
        cap(sliceInt))
    fmt.Printf("tsliceIntTmp:%+v len:%d cap:%dn",
        sliceIntTmp,
        len(sliceIntTmp),
        cap(sliceIntTmp))
}

// Steps2 深拷贝
func Steps2() {
    var sliceInt = []int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
    var sliceIntTmp []int

    fmt.Printf("tsliceInt:%+v len:%d cap:%dn",
        sliceInt,
        len(sliceInt),
        cap(sliceInt))

    sliceIntTmp = make([]int, len(sliceInt))

    copy(sliceIntTmp, sliceInt) // 深拷贝

    fmt.Printf("tsliceIntTmp:%+v len:%d cap:%dn",
        sliceIntTmp,
        len(sliceIntTmp),
        cap(sliceIntTmp))

    sliceIntTmp[0] = 111

    fmt.Printf("tsliceInt:%+v len:%d cap:%dn",
        sliceInt,
        len(sliceInt),
        cap(sliceInt))
    fmt.Printf("tsliceIntTmp:%+v len:%d cap:%dn",
        sliceIntTmp,
        len(sliceIntTmp),
        cap(sliceIntTmp))
}

func main() {
    fmt.Println("Steps1():")
    Steps1()
    fmt.Println("Steps2():")
    Steps2()
}

数组与切片参数传递时的区别

当数组作为函数参数传递时，会进行一次数组拷贝。也就是说，传递给函数的是一个新的数组，这个新数组和原数组具有相同的值，但是在函数内部对新数组的修改不会影响原数组。

当切片作为函数参数传递时，会传递切片的指针。也就是说，在函数内部对切片的修改会影响原切片。需要注意的是，在函数内部将一个新的切片赋值给原切片的变量时，这不会影响到原切片。因为函数内部的变量是在函数内部的作用域范围内的，它与原切片变量是两个不同的变量。

package main

import (
    "fmt"
)

func modifySlice0(arr []int) {
    arr[0] = 1000
}

// 切片作为函数参数时传递的是指针类型的值
func Steps3() {
    var sliceInt = []int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}

    fmt.Printf("tsliceInt:%+v len:%d cap:%dn",
        sliceInt,
        len(sliceInt),
        cap(sliceInt))

    modifySlice0(sliceInt)

    fmt.Printf("tsliceInt:%+v len:%d cap:%dn",
        sliceInt,
        len(sliceInt),
        cap(sliceInt))
}

func modifyArr0(arr [10]int) {
    arr[0] = 1000
}

// 数组作为函数参数时传递的是值类型的全拷贝
func Steps4() {
    var sliceInt = [10]int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}

    fmt.Printf("tsliceInt:%+v len:%d cap:%dn",
        sliceInt,
        len(sliceInt),
        cap(sliceInt))

    modifyArr0(sliceInt)

    fmt.Printf("tsliceInt:%+v len:%d cap:%dn",
        sliceInt,
        len(sliceInt),
        cap(sliceInt))
}

func main() {
    fmt.Println("Steps3():")
    Steps3()
    fmt.Println("Steps4():")
    Steps4()
}

思考题

定义一个方法求出数组中奇数和偶数的和, 并同时返回。

2. 定义一个int型大小为5的自定义类型数组, 并定义打印所有元素的方法和求和方法。

type myInt []int

3. 计算任意两个20位的整数的加减乘除

12345678912345678912+12345678912345678912

4. 通过slice,struct,func实现求一个班级所有学生最高总分,最低总分,各学科最高,最低分,平均分

type Student struct {
  name     string
    language float32
    math     float32
    english  float32
}

type class struct {
    students []Student
}

func ClassMaxScore(students []Student) float64 {

    return 0
}

func ClassLanguageMaxScore(students []Student) float64 {

    return 0
}

func .....