go中的數據結構切片-slice

1.部分基本類型

　　go中的類型與c的類似，經常使用類型有一個特例：byte類型，即字節類型，長度爲，默認值是0；

1 bytes = [5]btye{'h', 'e', 'l', 'l', 'o'}

　　變量bytes的類型是[5]byte，一個由5個字節組成的數組。它的內存表示就是連起來的5個字節，就像C的數組。

1.1字符串

　　字符串在Go語言內存模型中用一個2字長(64位，32位內存佈局方式下)的數據結構表示。它包含一個指向字符串數據存儲地方的指針，和一個字符串長度數據以下圖：

　　s是一個string類型的字符串，由於string類型不可變，對於多字符串共享同一個存儲數據是安全的。切分操做str[i:j]會獲得一個新的2字長結構t，一個可能不一樣的但仍指向同一個字節序列(即上文說的存儲數據)的指針和長度數據。因此字符串切分不涉及內存分配或複製操做，其效率等同於傳遞下標。

1.2數組

　　數組類型定義了長度和元素類型。如， [4]int 類型表示一個四個整數的數組，其長度是固定的，長度是數組類型的一部分（ [4]int 和 [5]int 是徹底不一樣的類型）。 數組能夠以常規的索引方式訪問，表達式 s[n] 訪問數組的第 n 個元素。數組不須要顯式的初始化；數組的零值是能夠直接使用的，數組元素會自動初始化爲其對應類型的零值。

1 var a [4]int
2 a[0] = 1
3 i := a[0]
4 // i == 1
5 // a[2] == 0, int 類型的零值

　　Go的數組是值語義。一個數組變量表示整個數組，它不是指向第一個元素的指針（不像 C 語言的數組）。 當一個數組變量被賦值或者被傳遞的時候，實際上會複製整個數組。 （爲了不復制數組，你能夠傳遞一個指向數組的指針，可是數組指針並非數組。） 能夠將數組看做一個特殊的struct，結構的字段名對應數組的索引，同時成員的數目固定。

b := [2]string{"Penn", "Teller"}
b := [...]string{"Penn", "Teller"}

　　這兩種寫法， b 都是對應 [2]string 類型。

2.切片slice 

2.1結構

　　切片類型的寫法是[]T ，T是切片元素的類型。和數組不一樣的是，切片類型並無給定固定的長度。切片的字面值和數組字面值很像，不過切片沒有指定元素個數：

1 letters := []string{"a", "b", "c", "d"}
2 s := letters [:]  //a slice referencing the storage of x
3 func make([]T, len, cap) []T    //使用內置函數 make 建立

　　一個slice是一個數組某個部分的引用。在內存中它是一個包含三個域的結構體：指向slice中第一個元素的指針ptr，slice的長度數據len，以及slice的容量cap。長度是下標操做的上界，如x[i]中i必須小於長度。容量是分割操做的上界，如x[i:j]中j不能大於容量。slice在Go的運行時庫中就是一個C語言動態數組的實現，在$GOROOT/src/pkg/runtime/runtime.h中定義：

struct    Slice
{    // must not move anything
    byte*    array;        // actual data
    uintgo    len;        // number of elements
    uintgo    cap;        // allocated number of elements
};

　　數組的slice會建立一份新的數據結構，包含一個指針，一個指針和一個容量數據。如同分割一個字符串，分割數組也不涉及複製操做，它只是新建了一個結構放置三個數據。以下圖：

　　示例中，對[]int{2,3,5,7,11}求值操做會建立一個包含五個值的數組，並設置x的屬性來描述這個數組。分割表達式x[1:3]不從新分配內存數據，只寫了一個新的slice結構屬性來引用相同的存儲數據。上例中，長度爲2--只有y[0]和y[1]是有效的索引，可是容量爲4--y[0:4]是一個有效的分割表達式。

　　由於slice分割操做不須要分配內存，也沒有一般被保存在堆中的slice頭部，這種表示方法使slice操做和在C中傳遞指針、長度對同樣廉價。

2.2擴容

　　其實slice在Go的運行時庫中就是一個C語言動態數組的實現，要增長切片的容量必須建立一個新的、更大容量的切片，而後將原有切片的內容複製到新的切片。在對slice進行append等操做時，可能會形成slice的自動擴容。其擴容時的大小增加規則是：

• 若是新的大小是當前大小2倍以上，則大小增加爲新大小
• 不然循環如下操做：若是當前大小小於1024，按每次2倍增加，不然每次按當前大小1/4增加。直到增加的大小超過或等於新大小。

　　下面的例子將切片 s 容量翻倍，先建立一個2倍 容量的新切片 t ，複製 s 的元素到 t ，而後將 t 賦值給 s ： 

t := make([]byte, len(s), (cap(s)+1)*2) // +1 in case cap(s) == 0
for i := range s {
        t[i] = s[i]
}
s = t

　　循環中複製的操做能夠由 copy 內置函數替代，返回複製元素的數目。此外， copy 函數能夠正確處理源和目的切片有重疊的狀況。

一個常見的操做是將數據追加到切片的尾部。必要的話會增長切片的容量，最後返回更新的切片：

func AppendByte(slice []byte, data ...byte) []byte {
    m := len(slice)
    n := m + len(data)
    if n > cap(slice) { // if necessary, reallocate
        // allocate double what's needed, for future growth.
        newSlice := make([]byte, (n+1)*2)
        copy(newSlice, slice)
        slice = newSlice
    }
    slice = slice[0:n]
    copy(slice[m:n], data)
    return slice
}

　　Go提供了一個內置函數 append，也實現了這樣的功能。

func append(s []T, x ...T) []T
//append 函數將 x 追加到切片 s 的末尾，而且在必要的時候增長容量。
a := make([]int, 1)
// a == []int{0}
a = append(a, 1, 2, 3)
// a == []int{0, 1, 2, 3}

　　若是是要將一個切片追加到另外一個切片尾部，須要使用 ... 語法將第2個參數展開爲參數列表。

a := []string{"John", "Paul"}
b := []string{"George", "Ringo", "Pete"}
a = append(a, b...) // equivalent to "append(a, b[0], b[1], b[2])"
// a == []string{"John", "Paul", "George", "Ringo", "Pete"}

　　因爲切片的零值 nil 用起來就像一個長度爲零的切片，咱們能夠聲明一個切片變量而後在循環 中向它追加數據：

// Filter returns a new slice holding only
// the elements of s that satisfy fn()
func Filter(s []int, fn func(int) bool) []int {
    var p []int // == nil
    for _, v := range s {
        if fn(v) {
            p = append(p, v)
        }
    }
    return p
}

3.使用切片須要注意的陷阱

　　切片操做並不會複製底層的數組。整個數組將被保存在內存中，直到它再也不被引用。 有時候可能會由於一個小的內存引用致使保存全部的數據。

　　以下， FindDigits 函數加載整個文件到內存，而後搜索第一個連續的數字，最後結果以切片方式返回。

var digitRegexp = regexp.MustCompile("[0-9]+")

func FindDigits(filename string) []byte {
    b, _ := ioutil.ReadFile(filename)
    return digitRegexp.Find(b)
}

　　這段代碼的行爲和描述相似，返回的 []byte 指向保存整個文件的數組。由於切片引用了原始的數組， 致使 GC 不能釋放數組的空間；只用到少數幾個字節卻致使整個文件的內容都一直保存在內存裏。要修復整個問題，能夠將須要的數據複製到一個新的切片中：

func CopyDigits(filename string) []byte {
    b, _ := ioutil.ReadFile(filename)
    b = digitRegexp.Find(b)
    c := make([]byte, len(b))
    copy(c, b)
    return c
}

　　使用 append 實現一個更簡潔的版本：

    8  func CopyDigitRegexp(filename string) []byte {
    7     b,_ := ioutil.ReadFile(filename)
    6     b = digitRefexp.Find(b)
    5     var c []intb
    4    // for _,v := range b{
    3         c =append(c, b)
    2     //}
    1     return c
    0  }

4.make和new

Go有兩個數據結構建立函數：make和new，也是兩種不一樣的內存分配機制。

make和new的基本的區別是new(T)返回一個*T，返回的是一個指針，指向分配的內存地址，該指針能夠被隱式地消除引用）。而make(T, args)返回一個普通的T。一般狀況下，T內部有一些隱式的指針。因此new返回一個指向已清零內存的指針，而make返回一個T類型的結構。更詳細的區別在後面內存分配的學習裏研究。