3.2 切片_Go语言学习指南：惯例模式与编程实践-QQ阅读男生都市网

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3.2　切片

如果需要一种结构来存储一系列值，那么大多数情况下切片（slice）都是更好的选择。切片的长度并不是切片类型的一部分，这样就消除了数组的限制。我们可以编写函数来处理任意长度的切片（详见第5章），并且可以按需修改切片的长度。让我们先了解在Go中切片的基本使用方法，然后进行实践学习。

使用切片与使用数组非常相似，但是有一些细微的区别。首先，我们在声明切片时并没有指定它的长度：

　使用[...]定义数组，使用[]定义切片。

使用这样的切片字面量会创建具有3个整数的切片。就像数组一样，我们也可以指定其中的一部分值：

这会创建一个包含12个整数的切片：[1，0，0，0，0，4，6，0，0，0，100，15]。

也可以这样定义多维切片：

与数组一样，可以通过中括号的形式来读写切片的内容，但是依然不能越界读写：

到目前为止，切片和数组没有区别。而不同之处在于，我们可以定义一个不带字面量的切片：

这会创建一个整型切片。因为没有赋值，所以x被赋予切片的零值nil（我们将在第6章讨论nil）。注意，nil和其他语言中的null稍有区别。在Go中，nil是一个标识符，代表某些类型没有值。与上一章中谈到的无类型数字常量一样，nil没有类型，因此它能被赋值或者和其他类型进行比较。如果一个切片不包含任何内容，那么值就是nil。

切片不能被比较。使用==或者!=比较两个切片都会导致编译错误。切片只能和nil进行比较：

　reflect这个包包含一个DeepEqual函数，它可以用来比较几乎所有的类型（包括切片）。这个函数尽管常用于测试，但是也可以用来比较两个切片，详见第14章。

3.2.1　len

Go为内置类型提供了内置函数。我们已经见过complex、real和imag这些用来处理复数的内置函数。切片也有内置函数，数组中使用的len同样适用于切片。如果对len传入值为nil的切片，就会返回0。

　len函数的功能是普通函数无法实现的。len函数的参数可以接受任意类型的数组或者切片。它也适用于字符串和映射，在10.3节中，我们还能看到它也适用于通道类型。而对除此以外的类型使用len函数会导致编译错误（详见第5章）。

3.2.2　append

内置函数append用于为切片增加元素：

append函数接受至少两个参数，一个为任意类型的切片，另一个为该类型的值。返回的结果为同一类型的切片。这个返回的切片被赋值回了原切片。在以上的代码中，我们给值为nil的切片添加新元素，当然也能给包含内容的切片添加新元素：

还可以一次性添加多个值：

一个切片可以通过...操作符添加到另一个切片中，将源切片展开为各个值（详见5.1.2节）：

如果忘记把append的结果赋值给源切片，则会导致编译时错误，这看起来似乎有些重复。我们会在第5章详细讨论，简而言之，Go是一种传值调用语言，每次将参数传递给函数时，Go会将参数拷贝一份，因此对append传入切片实质上是传入了切片的拷贝，返回的也是这个拷贝的值。最终需要将新的切片重新赋值给源切片。

3.2.3　容量

正如我们所看到的，切片是一个数值序列，切片中的值占用内存中连续的地址，因此能极快地读写这些值。切片在连续内存地址的大小就是切片的容量。容量可能会大于切片的长度，每次为切片添加一个元素时，都会将一个或者多个值添加到切片的尾部，容量也相应增加。如果最终所需的长度超出了容量大小，则append函数使用Go运行时分配一个有更大容量的切片，然后将原切片的内容拷贝到新的切片中，将需要添加的值加到新切片的末尾，最终返回新的切片。

Go运行时

每一种高级语言都需要一组库来保证语言的运行，Go也不例外。Go运行时提供了内存分配和垃圾回收、并发支持、联网，以及内置类型和函数的实现等服务。

Go运行时被编译到每个二进制文件中。这种方式与其他使用虚拟机的语言不同，使用虚拟机的语言要求虚拟机单独安装以便程序能正常工作。将运行时包含在二进制文件中的方式能够更轻松地分发Go程序，也避免了运行时和程序之间的兼容性问题。

当切片通过append添加元素时，Go运行时需要时间来分配新的内存，并将数据从旧的内存空间拷贝到新的内存空间。旧的内存空间会进行垃圾回收。由于这个原因，Go运行时通常会在超出容量时至少增加一个切片。在Go 1.14版本中，规则为当切片的容量小于1024时将切片的长度加倍，之后每次扩容至少增加25%。

就像内置的len函数返回切片当前的长度一样，内置的cap函数会返回切片当前的容量。cap没有len常用，大部分时候，cap用来检查一个切片是否足够容纳新的数据，或者是否需要通过调用make来创建新的切片。

cap函数也接受数组作为参数，但是对数组使用cap和len的结果是一样的，所以不建议对数组使用cap函数。

我们现在来看看给切片添加元素怎么改变切片的长度和容量。在The Go Playground（https://oreil.ly/yiHu-）或者本机执行示例3-1的代码。

示例3-1：了解容量

执行完代码后，你会看到如下的结果。注意容量是如何变化的：

虽然切片能够自动扩容，但是一次性确定容量则会更加高效。对于已知需要将多少元素放入切片的情况，我们可以使用make函数创建所需容量的切片。

3.2.4　make

我们已经知道了两种声明切片的方法：使用切片字面量或者nil零值。但是这两种方法都不能创建一个指定长度或容量的空切片。内置的make函数能做到这一点，它可以指定类型、长度以及可选的容量。我们现在来看看：

这会创建一个长度为5、容量为5的整型切片。因为指定了长度为5，所以x[0]～x[4]都是有效的元素，它们的初始值都是0。

一个常见的新手错误是使用append为切片添加初始元素：

10被添加到切片的尾部，也就是0～4位置的零值之后，因为append会增加切片的长度。现在x的值是[0 0 0 0 0 10]，长度为6，容量为10（因为添加了第6个值，切片的容量增加了一倍）。

我们可以在make中指定初始容量：

这会创建一个长度为5、容量为10的整型切片。

你还可以创建一个长度为零但容量大于零的切片：

也可以创建一个长度为0但容量为10的切片。因为长度为0，所以不能直接使用索引来访问数据，但是可以给它添加值：

现在x的值是[5 6 7 8]，其长度为4，容量为10。

　永远不要设置比长度小的容量！使用常数和数字字面量会出现编译时错误。但如果使用变量来指定容量，一旦出现容量小于长度的情况，就会导致程序在运行时崩溃。

3.2.5　切片的声明

我们已经了解了所有创建切片的方式，那么如何选择合适的声明方式呢？首要目标是最小化切片增长的次数。如果一个切片不会增长（因为函数可能不会返回任何内容），那么使用没有赋值的var声明来创建一个nil切片，如示例3-2所示。

示例3-2：声明一个为nil的切片

　切片可以通过空切片字面量定义：

这会创建一个零长度切片，但这并不是nil（和nil比较会返回false）。除此之外，nil切片和零长度切片没有区别。只有在需要将切片转换为JSON时需要用到零长度切片，详见11.3节。

如果我们知道初始值，或者切片中的值不会再变动，那么使用切片字面量是一个好的选择，参见示例3-3.

示例3-3：声明一个有默认值的切片

如果希望设置切片的大小，但却无法确定具体的值，请使用make。但是在调用make时，应该指定非零长度还是指定零长度和非零容量呢？有以下三种可能：

如果将切片作为缓冲区（详见11.1节），则指定非零长度。
如果已知所需的大小，可以指定长度，然后通过索引设置值。这种方式一般用于将数据从一个切片存储到另一个切片中。它的缺点也显而易见，如果长度定义错误，切片会在末尾包含额外的零值，或者在索引时造成崩溃。
除此之外，可以使用make定义零长度并指定容量。这可以让我们通过append向切片中添加值。如果实际的元素数量偏少，切片不会在末尾包含多余的零值；即使数量超出，代码也不会造成崩溃。

Go社区一般会采用第二种和第三种方案。我个人倾向对初始化为零长度的切片使用append。这种方式在有的情况下会比较慢，但是不容易导致问题。

　append总是会增加切片的长度！如果使用make指定了切片的长度，那么一定要确定是要执行添加的操作，否则切片的起始部分会出现意料之外的零值。

3.2.6　派生切片

派生表达式用来从切片创建切片。这种方式是在中括号中指定起始偏移量和结束偏移量，并使用冒号（：）隔开。如果不定义起始偏移量，则默认取值为0；如果不定义结束偏移量，则默认取值为切片的实际长度。可以在The Go Playground（https://oreil.ly/DW_FU）上运行示例3-4的程序了解派生切片的工作原理。

示例3-4：派生切片

结果如下所示：

切片有时会共享内存

如果是取一个切片的子切片，那么并不会执行拷贝操作。两个切片会共享内存。这也意味着更改一个切片的元素会影响所有共享该元素的切片。我们通过在The Go Playground（https://oreil.ly/mHxe4）中执行示例3-5的代码，看看改变值会发生什么。

示例3-5：共享内存的切片

结果如下：

可以看到，改变x也改变了y和z的值，改变y和z也影响了x。

如果对子切片执行append操作，会导致切片更加混乱。在The Go Playground（https://oreil.ly/2mB59）中执行示例3-6的代码。

示例3-6：append让内存重叠的切片更加混乱

结果如下：

这是怎么回事呢？只要是从一个切片得到的子切片，该子切片的容量就是原切片的容量减去子切片的偏移量。这也意味着所有原切片中未使用的容量都和子切片共享。

当我们从x创建一个y切片，并且长度设置为2，容量设置为与x一样的4时，在y的末尾添加一个元素就会成为x的第三个索引的值。

这种行为会产生一些奇怪的状况，导致多个切片添加并互相覆盖数据。在The Go Playground（https://oreil.ly/1u_tO）中运行示例3-7的代码，并猜测结果。

示例3-7：更加令人困惑的切片

为了避免复杂的切片行为，要么永远不要对子切片使用append，要么对append使用完全派生表达式来避免出现覆盖数据的情况。这看起来有些奇怪，不过这样可以清楚地知道父切片和子切片共享哪些内存。完全派生表达式包含第三部分，该部分定义了父切片容量中的最后位置，用来确定子切片可以使用的容量，将其减去起始偏移量就能得到子切片的实际容量。示例3-8中修改了示例3-7中的第三行和第四行，转而使用完全派生表达式。

示例3-8：完全派生表达式避免append的影响

你可以在The Go Playground（https://oreil.ly/Cn2cX）中运行完整的代码。y和z的容量都为2。因为我们限制子切片的容量为它们的长度，所以对y和z添加新的元素会创建新的切片，这样就不会和原来的切片互相影响。代码运行后，x的值为[1 2 3 4 60]，y的值为[1 2 30 40 50]，z的值为[3 4 70]。

　使用切片的派生操作要注意！这些切片会共享内存，改变其中一个会影响其他的切片。因此要避免修改派生出的子切片，或者使用完全派生表达式避免使用append造成的切片共享容量的问题。