《Go题库·1》Golang里的数组和切片有了解过吗？

题目来源： 深信服、知乎、跟谁学

题目解析： GOALNG ROADMAP社区

答案 1：（溪尾）

数组长度是固定的，而切片是可变长的。可以把切片看作是对底层数组的封装，每个切片的底层数据结构中，一定会包含一个数组。数组可以被称为切片的底层数组，切片也可以被看作对数组某一连续片段的引用。因此，Go 中切片属于引用类型，而数组属于值类型，通过内建函数 len，可以取得数组和切片的长度。通过内建函数 cap，可以得到数组和切片的容量。但是数组的长度和容量是相等的，并且都不可变，而且切片容量是有变化规律的。

答案 2：（行飞子）

数组和切片的关系：

切片一旦初始化， 切片始终与保存其元素的基础数组相关联。因此，切片会和与其拥有同一基础数组的其他切片共享存储 ; 相比之下，不同的数组总是代表不同的存储。

数组和切片的区别

1. 切片的长度可能在执行期间发生变化 ，而数组的长度不能变化，可以把切片看成一个长度可变的数组。

2. 数组作为函数参数是进行值传递的，函数内部改变传入的数组元素值不会影响函数外部数组的元素值； 切片作为函数的参数是进行的指针传递，函数内部改变切片的值会影响函数外部的切片元素值。

3. 数组可以比较，切片不能比较(对底层数组的引用)。

答案 3：（栾龙生）

1. Go 切片和 Go 数组

Go 切片，又称动态数组，它实际是基于数组类型做的一层封装。

Go 数组

数组是内置(build-in)类型,是一组同类型数据的集合，它是值类型，通过从 0 开始的下标索引访问元素值。在初始化后长度是固定的，无法修改其长度。当作为方法的参数传入时将复制一份数组而不是引用同一指针。数组的长度也是其类型的一部分，通过内置函数 len(array)获取其长度。

Go 数组与像 C/C++等语言中数组略有不同，如下

• Go 中的数组是值类型，换句话说，如果你将一个数组赋值给另外一个数组，那么，实际上就是将整个数组拷贝一份。因此，在 Go 中如果将数组作为函数的参数传递的话，那效率就肯定没有传递指针高了。
• 数组的长度也是类型的一部分，这就说明[10]int和[20]int不是同一种数据类型。

Go 切片

Go 语言中数组的长度是固定的，且不同长度的数组是不同类型，这样的限制带来不少局限性。

而切片则不同，切片（slice）是一个拥有相同类型元素的可变长序列，可以方便地进行扩容和传递，实际使用时比数组更加灵活，这也正是切片存在的意义。

切片是引用类型，因此在当传递切片时将引用同一指针，修改值将会影响其他的对象。

2. 切片底层

现在就来看一下 Go 语言切片的底层是什么样子吧！

Go 切片(slice)的实现可以在源码包src/runtime/slice.go中找到。在源码中，slice 的数据结构定义如下。

type slice struct {
	array unsafe.Pointer	//指向底层数组的指针
	len int					//切片长度
	cap int					//切片容量
}

可以看到，组成 Go 切片的三元组分别为指向底层数组的指针，切片长度和切片容量。

1. 指向底层数组的指针

   前面已经提到，切片实际是对数组的一层封装。这个指针便是记录其底层数组的地址，也正是切片开始的位置。

2. 切片长度

   len表示切片的长度，即切片中现存有效元素的个数，它不能超过切片的容量。可以通过len()函数获取切片长度。

3. 切片容量

   cap表示切片的容量，即切片能存储元素的多少，通常是从切片的起始元素到底层数组的最后一个元素间的元素个数，当切片容量不足时，便会触发 slice 扩容。可以通过cap()函数获取切片容量。

下图展示了一个 Go 切片的底层数据结构，这个切片的长度为 3，容量为 6。

3. 切片使用

1. 切片定义方式

   var a []int					//nil切片，和nil相等，一般用来表示一个不存在的切片
   var b []int{}				//空切片，和nil不相等，一般用来表示一个空的集合
   var c []int{1, 2, 3}		//有3个元素的切片，len和cap都为3
   var d = c[:2]				//有2个元素的切片，len为2，cap为3
   var e = c[:2:cap(c)]		//有2个元素的切片，len为2，cap为3
   var f = c[:0]				//有0个元素的切片，len为0，cap为3
   var g = make([]int, 3)		//创建一个切片，len和cap均为3
   var h = make([]int, 3, 6)	//创建一个切片，len为3，cap为5
   var i = make([]int, 0, 3)	//创建一个切片，len为0，cap为3

2. 从数组中切取切片

   数组和切片是紧密相连的。切片可以用来访问数组的部分或全部元素，而这个数组称为切片的底层数组。切片的指针指向数组第一个可以从切片中访问的元素，这个元素并不一定是数组的第一个元素。

   一个底层数组可以对应多个切片，这些切片可以引用数组的任何位置，彼此之前的元素可以重叠。

   slice 操作符 s[i:j] 创建了一个新的 slice，这个新的 slice 引用了 s 中从 i 到 j-1 索引位置的所有元素。

   如果表达式省略了 i，那么默认是s[0:j]；如果省略了 j，默认是s[i:len(s)]；

  //示例来源：The Go Programming Language
  //创建一个数组
  months := [...]string{1:"January", /*...*/, 12: "December"}
  Q2 := months[4:7]
  summer := months[6:9]
  fmt.Println(Q2)				//["April" "May" "June"]
  fmt.Println(summer)			//["June" "July" "August"]

月份名称字符串数组与其对应的两个元素重叠的 slice 图示

注意：切片与原数组或切片共享底层空间，修改切片会影响原数组或切片

3. 迭代切片

   切片可以用 range 迭代，但是要注意：如果只用一个值接收 range，则得到的只是切片的下标，用两个值接收 range，则得到的才是下标和对应的值。

   //使用一个值接收range, 则得到的是切片的下标
   for i := range months {
   	fmt.Println(i)		//返回下标 0 1 ... 12
   }
   //使用两个值接收range，则得到的是下标和对应的值
   for i, v := range months {
   	fmt.Println(i, v) 	//返回下标0 1 ... 12 和 值 "" "January" ... "December"
   }

4. 切片拷贝

   使用copy内置函数拷贝两个切片时，会将源切片的数据逐个拷贝到目的切片指向的数组中，拷贝数量取两个切片的最小值。

   例如长度为 10 的切片拷贝到长度为 5 的切片时，将拷贝 5 个元素。也就是说，拷贝过程中不会发生扩容。

   copy 函数有返回值，它返回实际上复制的元素个数，这个值就是两个 slice 长度的较小值。

4. 切片扩容-append 函数

追加元素

• 通过append()函数可以在切片的尾部追加 N 个元素

  var a []int
  a = append(a, 1)					// 追加一个元素
  a = append(a, 1, 2, 3)				// 追加多个元素
  a = append(a, []int{1, 2, 3}...)	// 追加一个切片，注意追加切片时后面要加...

• 使用 append()函数也可以在切片头部添加元素

  a = append([]int{0}, a...)			// 在开头添加一个元素
  a = append([]int{1, 2, 3}, a...)	// 在开头添加一个切片

注:从头部添加元素会引起内存的重分配，导致已有元素全部复制一次。因此从头部添加元素的开销要比从尾部添加元素大很多

• 通过 append()函数链式操作从中间插入元素

  a = append(a[:i], append([]int{x}, a[i:]...)...)		//在第i个位置上插入x
  a = append(a[:i], append([]int{1, 2, 3}, a[i:]...)...)	//在第i个位置上插入切片

使用链式操作在插入元素，在内层 append 函数中会创建一个临式切片，然后将a[i:]内容复制到新创建的临式切片中，再将临式切片追加至a[:i]中。

• 通过 append()和 copy()函数组合从中间插入元素

  使用这种方式可以避免创建过程中间的临式切片，也可以做到从中间插入元素

  //中间插入一个元素
  a = append(a, 0)			//切片扩展一个空间
  copy(a[i+1:], a[i:])		//a[i:]向后移动一个位置
  a[i] = x					//设置新添加的元素
  //中间插入多个元素
  a = append(a, x...)			//为x切片扩展足够的空间
  copy(a[i+len(x):], a[i:])	//a[i:]向后移动len(x)个位置
  copy(a[i:], x)				//复制新添加的切片

使用此方式虽然稍显复杂，但是可以减少创建中间临时切片的开销。

删除元素

很遗憾，Go 语言中并没有提供直接删除指定位置元素的方式。不过根据切片的性质，我们可以通过巧妙的拼接切片来达到删除指定数据的目的。

a = []int{1, 2, 3}
//删除尾部元素
a = a[:len(a) - 1]				//删除尾部一个元素
a = a[:len(a) - N]				//删除尾部N个元素
//删除头部元素
a = [1:]						//删除开头1个元素
a = [N:]						//删除开头N个元素
//删除中间元素
a = append(a[:i], a[i+1:]...)	//删除中间一个元素
a = append(a[:i], a[i+N:]...)	//删除中间N个元素

slice 扩容

很多人以为 slice 是可以自动扩充的, 估计都是 append 函数误导的。其实 slice 并不会自己自动扩充, 而是 append 数据时, 该函数如果发现超出了 cap 限制自动帮我们扩的。

使用 append 向 slice 追加元素时，如果 slice 空间不足，则会触发 slice 扩容，扩容实际上是分配一块更大的内存，将原 slice 的数据拷贝进新 slice，然后返回新 slice，扩容后再将数据追加进去。

例如，当向一个容量为 5 且长度也为 5 的切片再次追加 1 个元素时，就会发生扩容，如下图所示。(示例来源:Go专家编程)

扩容操作只关心容量，会把原 slice 的数据拷贝至新 slice 中，追加数据由 append 在扩容后完成。由上图可见，扩容后新 slice 的长度仍然是 5，但容量由 5 提到了 10，原 slice 的数据也都拷贝到了新的 slice 指向的数组中。

扩容容量的选择遵循以下基本规则

• 如果原 slice 的容量小于 1024，则新 slice 的容量将扩大为原来的 2 倍；
• 如果原 slice 的容量大于 1024，则新的 slice 的容量将扩大为原来的 1.25 倍；

5. Go 切片，Python 切片，都是切片，有什么不同？

Go 有切片 slice 类型，Python 有列表和元组，这两种语言都有切片操作。但是它们的切片操作是完全不同的。

1. 最大的不同就是

• Python 的切片产生的是新的对象，对新对象的成员的操作不影响旧对象；
• Go 的切片产生的是旧对象一部分的引用，对其成员的操作会影响旧对象；

究其原因还是底层实现不同

• Go 的切片，底层是一个三元组。指针指向一块连续的内存，长度是已有成员数，容量是最大成员数。切片时，一般并不会申请新的内存，而是对原指针进行移动，然后和新的长度、容量组成一个切片类型值返回。也就是说，Go 的切片操作通常会和生成该切片的切片或数组共享内存。
• Python 的切片，其实就是指针数组。对它进行切片，会创建新的数组。在 Python 的切片中，并没有容量的概念。

这其实也体现了脚本语言和编译语言的不同。虽然两个语言都有类似的切片操作；但是 Python 主要目标是方便；Go 主要目标却是快速。

2. 在使用中，Go 切片和 Python 切片也有很多不同

• 首先，Go 的切片，其成员是相同类型的，Python 的列表则不限制类型。

• 两种语言都有[a:b]这种切片操作，意义也类似，但是 Go 的 a、b 两个参数不能是负数，Python 可以是负数，此时就相当于从末尾往前数。

• 两种语言都有[a:b:c]这种切片操作，意义却是完全不同的。Go 中的 c 表示的是容量；而 Python 的 c 表示的是步长。

6. 切片陷阱

1. 无法做比较

   和数组不同的是，slice 无法做比较，因此不能用==来测试两个 slice 是否拥有相同的元素。标准库里面提供了高度优化的函数bytes.Equal来比较两个字节 slice。但是对于其它类型的 slice，就必须要自己写函数来比较。

   slice 唯一允许的比较操作是和 nil 进行比较，例如

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

2. 空切片和 nil 切片

   空切片和 nil 切片是不同的。

   • nil 切片中，切片的指针指向的是空地址，其长度和容量都为零。nil 切片和 nil 相等。
   • 空切片，切片的指针指向了一个地址，但其长度和容量也为 0，和 nil 不相等，通常用来表示一个空的集合。

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

3. 使用 range 进行切片迭代

   当使用 range 进行切片迭代时，range 创建了每个元素的副本，而不是直接返回对该元素的引用。如果使用该值变量的地址作为每个元素的指针，就会造成错误。

   func main() {
   	a := []int{1, 2, 3, 4, 5}

   	for i, v := range a {
   		fmt.Printf("Value: %d, v-addr: %X, Elem-addr: %X\n",
   			v, &v, &a[i])
   	}
   }

   # output
   Value: 1, v-addr: C0000AA058, Elem-addr: C0000CC030
   Value: 2, v-addr: C0000AA058, Elem-addr: C0000CC038
   Value: 3, v-addr: C0000AA058, Elem-addr: C0000CC040
   Value: 4, v-addr: C0000AA058, Elem-addr: C0000CC048
   Value: 5, v-addr: C0000AA058, Elem-addr: C0000CC050

从结果中可以看出，使用 range 进行迭代时，v 的地址是始终不变的，它并不是切片中每个变量的实际地址。而是在使用 range 进行遍历时，将切片中每个元素都复制到了同一个变量 v 中。如果错误的将 v 的地址当作切边元素的地址，将会引发错误。

4. 切片扩容引发的问题

   正因为有扩容机制。所以我们无法保证原始的 slice 和用 append 后的结果 slice 指向同一个底层数组，也无法证明它们就指向不同的底层数组。同样，我们也无法假设旧 slice 上对元素的操作会或者不会影响新的 slice 元素。所以，通常我们将 append 的调用结果再次赋给传入 append 的 slice。

   内置 append 函数在向切片追加元素时，如果切片存储容量不足以存储新元素，则会把当前切片扩容并产生一个新的切片。

   append 函数每次追加元素都有可能触发切片扩容，即有可能返回一个新的切片，这正是 append 函数声明中返回值为切片的原因，使用时应该总是接收该返回值。

   建议

   使用 append 函数时，谨记 append 可能会产生新的切片，并谨慎的处理返回值。

5. append 函数误用

   使用 append 函数时，需要考虑 append 返回的切片是否跟原切片共享底层的数组。下面这段程序片段，来看看函数返回的结果。

   //示例来源:Go专家编程
   func AppendDemo() {
   	x := make([]int, 0, 10)
   	x = append(x, 1, 2, 3)
   	y := append(x, 4)
   	z := append(x, 5)
   	fmt.Println(x)
   	fmt.Println(y)
   	fmt.Println(z)
   }

   //output
   [1 2 3]
   [1 2 3 5]
   [1 2 3 5]

题目首先创建了一个长度为 0，容量为 10 的切片 x，然后向切片 x 追加了 1，2，3 三个元素。其底层的数组结构如下图所示

创建切片 y 为切片 x 追加一个元素 4 后，底层数组结构如下图所示

需要注意的是切片 x 仍然没有变化，切片 x 中记录的长度仍为 3。继续向 x 追加元素 5 后，底层数组结构如下图所示

至此，答案已经非常明确了。当向 x 继续追加元素 5 后，切片 y 的最后一个元素被覆盖掉了。

此时切片 x 仍然为[1 2 3]，而切片 y 和 z 则为[1 2 3 5]。

建议

一般情况下，使用 append 函数追加新的元素时，都会用原切片变量接收返回值来获得更新

   a = append(a, elems...)

6. 函数传参

   Go 语言中将切片作为函数参数传递会有什么神奇的现象，一起来看看下面这个示例。

   package main

   import "fmt"

   func main(){
       a := []int{1, 2, 3}   			//长度为3，容量为3
       b := make([]int, 1, 10)     	//长度为1，容量为10
       test(a,b)
      	fmt.Println("main a =", a)
       fmt.Println("main b =", b)
   }

   func test(a,b []int){
       a = append(a, 4)				//引发扩容，此时返回的a是一个新的切片
       b = append(b, 2)				//没有引发扩容，仍然是原切片
       a[0] = 3						//改变a切片元素
       b[0] = 3						//改变b切片元素
       fmt.Println("test a =", a)		//打印函数内的a切片
       fmt.Println("test b =", b)		//打印函数内的b切片
   }

   //output
   test a = [3 2 3 4]
   test b = [3 2]
   main a = [1 2 3]
   main b = [3]

首先，我们创建了两个切片，a 切片长度和容量均为 3，b 切片长度为 1，容量为 10。将 a 切片和 b 切片作为函数参数传入 test 函数中。

在 test 函数中，对 a 切片和 b 切片做了如下两点改动

1. 分别使用 append 函数在 a 切片和 b 切片中追加一个元素

2. 分别对 a 切片和 b 切片的第一个元素做了修改

分别在主函数中和 test 函数中输出两个切片，会发现在主函数中和 test 函数中两个切片好像改了，又好像没改，下面我们就来分析一下。

理论分析

当我们将一个切片作为函数参数传递给函数的时候，采用的是值传递，因此我们传递给函数的参数其实是上面这个切片三元组的值拷贝。当我们对切片结构中的指针进行值拷贝的时候，得到的指针还是指向了同一个底层数组。因此我们通过指针对底层数组的值进行修改，从而修改了切片的值。

但是，当我们以值传递的方式传递上面的结构体的时候，同时也是传递了len和cap的值拷贝，因为这两个成员并不是指针，因此，当我们从函数返回的时候，外层切片结构体的len和cap这两个成员并没有改变。

所以当我们传递切片给函数的时候，并且在被调函数中通过append操作向切片中增加了值，但是当函数返回的时候，我们看到的切片的值还是没有发生变化，其实底层数组的值是已经改变了的（如果没有触发扩容的话），但是由于长度len没有发生改变，所以我们看到的切片的值也没有发生改变。

题目再分析

有了前面的理论基础，我们再来分析一下 a，b 切片的返回结果。

1. a 切片作为参数传至 test 函数中，在 test 中向 a 切片追加一个元素后，此时触发扩容机制，返回的切片已经不再是原切片，而是一个新的切片。后续对 a 切片中的第一个元素进行修改也是对新切片进行修改，对老切片不会产生任何影响。

   所以，最终在主函数中 a 切片仍然为[1 2 3]，而在 test 函数中 a 切片变成了[3 2 3 4]。

2. b 切片作为参数传至 test 函数中，在 test 中向 b 切片追加一个元素后，不会触发扩容机制，返回的仍然是原切片，所以在后续对 b 切片的修改都是在原切片中进行的修改。故在 test 函数中 b 切片为[3 2]。但是在主函数中确为[3]，可以看出在 test 中对切片进行修改确实反应到主函数中了，但是由于其 len 和 cap 没有改变，len 仍为 1，所以最终就只输出切片中的第一个元素[3]，但其底层数组的值其实已经改变了。