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# 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:
```go
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。
```go
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: %+v\n", arrayInt)
arrayBool := [3]bool{false, true}
fmt.Printf("arrayBool: %+v\n", arrayBool)
arrayFloat32 := [3]float32{1.0, 2.0} // float64
fmt.Printf("arrayFloat32: %+v\n", arrayFloat32)
arrayString := [3]string{"Golang", "Tutorial"}
fmt.Printf("arrayString: %+v\n", arrayString)
arrayStruct := [3]dome{{a: 1, b: 2.0}, {a: 11, b: 22.0}}
fmt.Printf("arrayStruct: %+v\n", arrayStruct)
// 数组可以直接通过下标访问 T[x]
fmt.Printf("arrayInt[0]: %d\n", arrayInt[0])
// 数组可以直接通过下标修改 T[x] = y
arrayInt[0] = 11
fmt.Printf("arrayInt[0]: %d\n", 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：
```go
var slice []type
```
其中，`type` 表示切片中元素的数据类型。
### 定义切片
```go
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:%d\n",
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:%d\n",
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
```go
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:%d\n",
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：
```go
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。
```go
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:%d\n",
sliceFloat32,
len(sliceFloat32),
cap(sliceFloat32))
sliceFloat64 := make([]float64, 5, 10)
fmt.Printf("\tsliceFloat64:%+v len:%d cap:%d\n",
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
1. 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。
2. 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
```go
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:%d\n",
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:%d\n",
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。
```go
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:%d\n",
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:%d\n",
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:%d\n",
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:%d\n",
sliceInt,
len(sliceInt),
cap(sliceInt))
fmt.Printf("\tinterceptionSliceInt:%+v len:%d cap:%d\n",
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]:%d\n", *(*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]:%d\n", sliceInt[3])
interceptionSliceIntCap[0] = 11
fmt.Printf("\tsliceInt[1]:%d\n", 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：
```go
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。
```go
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:%d\n",
sliceInt,
len(sliceInt),
cap(sliceInt))
sliceIntTmp = sliceInt
fmt.Printf("\tsliceIntTmp:%+v len:%d cap:%d\n",
sliceIntTmp,
len(sliceIntTmp),
cap(sliceIntTmp))
sliceIntTmp[0] = 111
fmt.Printf("\tsliceInt:%+v len:%d cap:%d\n",
sliceInt,
len(sliceInt),
cap(sliceInt))
fmt.Printf("\tsliceIntTmp:%+v len:%d cap:%d\n",
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:%d\n",
sliceInt,
len(sliceInt),
cap(sliceInt))
sliceIntTmp = make([]int, len(sliceInt))
copy(sliceIntTmp, sliceInt) // 深拷贝
fmt.Printf("\tsliceIntTmp:%+v len:%d cap:%d\n",
sliceIntTmp,
len(sliceIntTmp),
cap(sliceIntTmp))
sliceIntTmp[0] = 111
fmt.Printf("\tsliceInt:%+v len:%d cap:%d\n",
sliceInt,
len(sliceInt),
cap(sliceInt))
fmt.Printf("\tsliceIntTmp:%+v len:%d cap:%d\n",
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。
```go
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:%d\n",
sliceInt,
len(sliceInt),
cap(sliceInt))
modifySlice0(sliceInt)
fmt.Printf("\tsliceInt:%+v len:%d cap:%d\n",
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:%d\n",
sliceInt,
len(sliceInt),
cap(sliceInt))
modifyArr0(sliceInt)
fmt.Printf("\tsliceInt:%+v len:%d cap:%d\n",
sliceInt,
len(sliceInt),
cap(sliceInt))
}
func main() {
fmt.Println("Steps3():")
Steps3()
fmt.Println("Steps4():")
Steps4()
}
```
## 思考题
1. 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。
```go
type myInt []int
```
3. 计算任意两个20位的整数的加减乘除
```go
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
```go
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 .....
```
## 参考
https://gfw.go101.org/article/value-part.html
https://tour.go-zh.org/moretypes/7
https://blog.go-zh.org/go-slices-usage-and-internals
https://emmie.work/posts/golang-slice-assignment-%E8%88%87-append-%E6%96%B9%E6%B3%95/
https://ueokande.github.io/go-slice-tricks/
https://divan.dev/posts/avoid_gotchas/
https://juejin.cn/post/7055660145988075550
https://www.practical-go-lessons.com/chap-21-slices
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## 项目地址：
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