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簡單聊一聊Go語言中的數組和切片

1. 數組

數組是一個由固定長度的特定類型元素組成的序列，一個數組可以由零個或多個元素組成。因為數組的長度是固定的，因此在 Go 語言中很少直接使用數組。和數組對應的類型是 Slice（切片），它是可以增長和收縮的動態序列，slice 功能也更靈活。

數組的每個元素可以通過索引下標來訪問，索引下標的范圍是從 0 開始到數組長度減 1 的位置。內置的 len 函數將返回數組中元素的個數。

var a [3]int             // array of 3 integers
fmt.Println(a[0])        // print the first element
fmt.Println(a[len(a)-1]) // print the last element, a[2]

默認情況下，數組的每個元素都被初始化為元素類型對應的零值，對于數字類型來說就是 0。

var q [3]int = [3]int{1, 2, 3}
var r [3]int = [3]int{1, 2}
fmt.Println(r[2]) // "0"

如果在數組的長度位置出現的是“...”省略號，則表示數組的長度是根據初始化值的個數來計算。因此，上面 q 數組的定義可以簡化為：

q := [...]int{1, 2, 3}
fmt.Printf("%T\n", q) // "[3]int"

數組的長度是數組類型的一個組成部分，因此[3]int 和[4]int 是兩種不同的數組類型。

數組的長度必須是常量表達式，因為數組的長度需要在編譯階段確定。

q := [3]int{1, 2, 3}
q = [4]int{1, 2, 3, 4} // compile error: cannot assign [4]int to [3]int

如果一個數組的元素類型是可以相互比較的，那么數組類型也是可以相互比較的，這時候我們可以直接通過==比較運算符來比較兩個數組，只有當兩個數組的所有元素都是相等的時候數組才是相等的。不相等比較運算符!=遵循同樣的規則。

a := [2]int{1, 2}
b := [...]int{1, 2}
c := [2]int{1, 3}
fmt.Println(a == b, a == c, b == c) // "true false false"
d := [3]int{1, 2}
fmt.Println(a == d) // compile error: cannot compare [2]int == [3]int

2. 切片（Slice）

Slice（切片）代表變長的序列，序列中每個元素都有相同的類型。一個 slice 類型一般寫作[]T，其中 T 代表 slice 中元素的類型；slice 的語法和數組很像，只是沒有固定長度而已。

一個 slice 是一個輕量級的數據結構，提供了訪問數組子序列（或者全部）元素的功能，而且 slice 的底層確實引用一個數組對象。

一個 slice 由三個部分構成：指針、長度和容量。

指針指向第一個 slice 元素對應的底層數組元素的地址，要注意的是 slice 的第一個元素并不一定就是數組的第一個元素。
長度對應 slice 中元素的數目；
長度不能超過容量，容量一般是從 slice 的開始位置到底層數據的結尾位置。內置的 len 和 cap 函數分別返回 slice 的長度和容量。

表示一年中每個月份名字的字符串數組，還有重疊引用了該數組的兩個 slice。數組這樣定義：

months := [...]string{1: "January", /* ... */, 12: "December"}

因此一月份是 months[1]，十二月份是 months[12]。

通常，數組的第一個元素從索引 0 開始，但是月份一般是從 1 開始的，因此我們聲明數組時直接跳過第 0 個元素，第 0 個元素會被自動初始化為空字符串。

slice 的切片操作 s[i:j]，其中 0 ≤ i≤ j≤ cap(s)，用于創建一個新的 slice，引用 s 的從第 i 個元素開始到第 j-1 個元素的子序列。新的 slice 將只有 j-i 個元素。如果 i 位置的索引被省略的話將使用 0 代替，如果 j 位置的索引被省略的話將使用 len(s)代替。因此，months[1:13]切片操作將引用全部有效的月份，和 months[1:]操作等價；months[:]切片操作則是引用整個數組。讓我們分別定義表示第二季度和北方夏天月份的 slice，它們有重疊部分：

Q2 := months[4:7]
summer := months[6:9]
fmt.Println(Q2)     // ["April" "May" "June"]
fmt.Println(summer) // ["June" "July" "August"]

兩個 slice 都包含了六月份。

append 函數

append 函數用于向 slice 追加元素：

var runes []rune
for _, r := range "Hello, 世界" {
    runes = append(runes, r)
}
fmt.Printf("%q\n", runes) // "['H' 'e' 'l' 'l' 'o' ',' ' ' '世' '界']"

為了提高內存使用效率，新分配的數組一般略大于保存 x 和 y 所需要的最低大小。通過在每次擴展數組時直接將長度翻倍從而避免了多次內存分配，也確保了添加單個元素操作的平均時間是一個常數時間。這個程序演示了效果：

func main() {
    var x, y []int
    for i := 0; i  10; i++ {
        y = appendInt(x, i)
        fmt.Printf("%d cap=%d\t%v\n", i, cap(y), y)
        x = y
    }
}

//每一次容量的變化都會導致重新分配內存和copy操作：
0  cap=1    [0]
1  cap=2    [0 1]
2  cap=4    [0 1 2]
3  cap=4    [0 1 2 3]
4  cap=8    [0 1 2 3 4]
5  cap=8    [0 1 2 3 4 5]
6  cap=8    [0 1 2 3 4 5 6]
7  cap=8    [0 1 2 3 4 5 6 7]
8  cap=16   [0 1 2 3 4 5 6 7 8]
9  cap=16   [0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]

讓我們仔細查看 i=3 次的迭代。當時 x 包含了[0 1 2]三個元素，但是容量是 4，因此可以簡單將新的元素添加到末尾，不需要新的內存分配。然后新的 y 的長度和容量都是 4，并且和 x 引用著相同的底層數組，如圖 4.2 所示。

在下一次迭代時 i=4，現在沒有新的空余的空間了，因此 appendInt 函數分配一個容量為 8 的底層數組，將 x 的 4 個元素[0 1 2 3]復制到新空間的開頭，然后添加新的元素 i，新元素的值是 4。新的 y 的長度是 5，容量是 8；后面有 3 個空閑的位置，三次迭代都不需要分配新的空間。當前迭代中，y 和 x 是對應不同底層數組的 view。這次操作如圖 4.3 所示。