Go 数组和切片的介绍

Question

了解使用数组和切片在 Go 中存储数据的优缺点，以及为什么其中一个更好。

在本系列的第四篇文章中，我将解释 Go 数组和切片，包括如何使用它们，以及为什么你通常要选择其中一个而不是另一个。

数组

数组是编程语言中最流行的数据结构之一，主要原因有两个：一是简单易懂，二是可以存储许多不同类型的数据。

你可以声明一个名为 anArray 的 Go 数组，该数组存储四个整数，如下所示：

anArray := [4]int{-1, 2, 0, -4}

数组的大小应该在它的类型之前声明，而类型应该在声明元素之前定义。 len() 函数可以帮助你得到任何数组的长度。上面数组的大小是 4。

如果你熟悉其他编程语言，你可能会尝试使用 for 循环来遍历数组。Go 当然也支持 for 循环，不过，正如你将在下面看到的，Go 的 range 关键字可以让你更优雅地遍历数组或切片。

最后，你也可以定义一个二维数组，如下：

twoD := [3][3]int{
  {1, 2, 3},
  {6, 7, 8},
  {10, 11, 12}}

arrays.go 源文件中包含了 Go 数组的示例代码。其中最重要的部分是：

for i := 0; i < len(twoD); i++ {
  k := twoD[i]
  for j := 0; j < len(k); j++ {
    fmt.Print(k[j], " ")
  }
  fmt.Println()
}

for _, a := range twoD {
  for _, j := range a {
    fmt.Print(j, " ")
  }
  fmt.Println()
}

通过上述代码，我们知道了如何使用 for 循环和 range 关键字迭代数组的元素。 arrays.go 的其余代码则展示了如何将数组作为参数传递给函数。

以下是 arrays.go 的输出：

$ go run arrays.go
Before change(): [-1 2 0 -4]
After change(): [-1 2 0 -4]
1 2 3
6 7 8
10 11 12
1 2 3
6 7 8
10 11 12

这个输出告诉我们：对函数内的数组所做的更改，会在函数退出后丢失。

数组的缺点

Go 数组有很多缺点，你应该重新考虑是否要在 Go 项目中使用它们。

首先，数组定义之后，大小就无法改变，这意味着 Go 数组不是动态的。简而言之，如果你需要将一个元素添加到一个没有剩余空间的数组中，你将需要创建一个更大的数组，并将旧数组的所有元素复制到新数组中。

其次，当你将数组作为参数传递给函数时，实际上是传递了数组的副本，这意味着你对函数内部的数组所做的任何更改，都将在函数退出后丢失。

最后，将大数组传递给函数可能会很慢，主要是因为 Go 必须创建数组的副本。

以上这些问题的解决方案，就是使用 Go 切片。

切片

Go 切片与 Go 数组类似，但是它没有后者的缺点。

首先，你可以使用 append() 函数将元素添加到现有切片中。此外，Go 切片在内部使用数组实现，这意味着 Go 中每个切片都有一个底层数组。

切片具有 capacity 属性和 length 属性，它们并不总是相同的。切片的长度与元素个数相同的数组的长度相同，可以使用 len() 函数得到。切片的容量是当前为切片分配的空间，可以使用 cap() 函数得到。

由于切片的大小是动态的，如果切片空间不足（也就是说，当你尝试再向切片中添加一个元素时，底层数组的长度恰好与容量相等），Go 会自动将它的当前容量加倍，使其空间能够容纳更多元素，然后将请求的元素添加到底层数组中。

此外，切片是通过引用传递给函数的，这意味着实际传递给函数的是切片变量的内存地址，这样一来，你对函数内部的切片所做的任何修改，都不会在函数退出后丢失。因此，将大切片传递给函数，要比将具有相同数量元素的数组传递给同一函数快得多。这是因为 Go 不必拷贝切片 —— 它只需传递切片变量的内存地址。

slice.go 源文件中有 Go 切片的代码示例，其中包含以下代码：

package main

import (
  "fmt"
)

func negative(x []int) {
  for i, k := range x {
    x[i] = -k
  }
}

func printSlice(x []int) {
  for _, number := range x {
    fmt.Printf("%d ", number)
  }
  fmt.Println()
}

func main() {
  s := []int{0, 14, 5, 0, 7, 19}
  printSlice(s)
  negative(s)
  printSlice(s)

  fmt.Printf("Before. Cap: %d, length: %d\n", cap(s), len(s))
  s = append(s, -100)
  fmt.Printf("After. Cap: %d, length: %d\n", cap(s), len(s))
  printSlice(s)

  anotherSlice := make([]int, 4)
  fmt.Printf("A new slice with 4 elements: ")
  printSlice(anotherSlice)
}

切片和数组在定义方式上的最大区别就在于：你不需要指定切片的大小。实际上，切片的大小取决于你要放入其中的元素数量。此外， append() 函数允许你将元素添加到现有切片 —— 请注意，即使切片的容量允许你将元素添加到该切片，它的长度也不会被修改，除非你调用 append() 。上述代码中的 printSlice() 函数是一个辅助函数，用于打印切片中的所有元素，而 negative() 函数将切片中的每个元素都变为各自的相反数。

运行 slice.go 将得到以下输出：

$ go run slice.go
0 14 5 0 7 19
0 -14 -5 0 -7 -19
Before. Cap: 6, length: 6
After. Cap: 12, length: 7
0 -14 -5 0 -7 -19 -100
A new slice with 4 elements: 0 0 0 0

请注意，当你创建一个新切片，并为给定数量的元素分配内存空间时，Go 会自动地将所有元素都初始化为其类型的零值，在本例中为 0（ int 类型的零值）。

使用切片来引用数组

Go 允许你使用 [:] 语法，使用切片来引用现有的数组。在这种情况下，你对切片所做的任何更改都将传播到数组中 —— 详见 refArray.go 。请记住，使用 [:] 不会创建数组的副本，它只是对数组的引用。

refArray.go 中最有趣的部分是：

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

  fmt.Println("Array:", anArray)
  printSlice(refAnArray)
  negative(refAnArray)
  fmt.Println("Array:", anArray)
}

运行 refArray.go ，输出如下：

$ go run refArray.go
Array: [-1 2 -3 4 -5]
-1 2 -3 4 -5
Array: [1 -2 3 -4 5]

我们可以发现：对 anArray 数组的切片引用进行了操作后，它本身也被改变了。

总结

尽管 Go 提供了数组和切片两种类型，你很可能还是会使用切片，因为它们比 Go 数组更加通用、强大。只有少数情况需要使用数组而不是切片，特别是当你完全确定元素的数量固定不变时。

你可以在 GitHub 上找到 arrays.go 、 slice.go 和 refArray.go 的源代码。