本文主要介绍Go语言中切片（slice）及它的基本使用。

引子: 数组的长度不可变的局限性

因为数组的长度是固定的并且数组长度属于类型的一部分，所以数组有很多的局限性。 例如：

  1. func arraySum(x [3]int) int{
  2.     sum := 0
  3.     for _, v := range x{
  4.         sum = sum + v
  5.     }
  6.     return sum
  7. }

这个求和函数只能接受[3]int类型，其他的都不支持。 再比如，

  1. a := [3]int{1, 2, 3}

数组a中已经有三个元素了，我们不能再继续往数组a中添加新元素了。

切片

关键点：底层数组的指针、切片的长度（len）和切片的容量

切片（Slice）是一个拥有相同类型元素的可变长度的序列。它是基于数组类型做的一层封装。它非常灵活，支持自动扩容。
切片是一个引用类型，它的内部结构包含地址、长度和容量。切片一般用于快速地操作一块数据集合。

  1. func main() {
  2.     var (
  3.         a1 = [...]int{1, 2, 3}
  4.     )
  5.     a2 := a1[:2]
  6.     fmt.Println(a1, a2) // [1 2 3] [1 2]
  7.     a1[1] = 100 // 修改底层数组的值，切片也随之更改=>说明切片是引用类型的
  8.     fmt.Println(a1, a2) // [1 100 3] [1 100]
  9. }

1. 切片的定义

1.1 初始化(声明切片定义法)及长度

声明切片类型的基本语法如下：

  1. var name []T

其中，

  • name:表示变量名
  • T:表示切片中的元素类型

举个例子：

未初始化时没有等号和花括号

nil (相当于没有分配内存空间)类似其他语言的 null ，没有初始化的切片为nil。

  1. func main() {
  2.     // 声明切片类型
  3.     var a []string              //声明一个字符串切片
  4.     var b = []int{}             //声明一个整型切片并初始化
  5.     var c = []bool{false, true} //声明一个布尔切片并初始化
  6.     var d = []bool{false, true} //声明一个布尔切片并初始化
  7.     fmt.Println(a)              //[]
  8.     fmt.Println(b)              //[]
  9.     fmt.Println(c)              //[false true]
  10.     fmt.Println(a == nil)       //true
  11.     fmt.Println(b == nil)       //false
  12.     fmt.Println(c == nil)       //false
  13.     // fmt.Println(c == d)   //切片是引用类型，不支持直接比较，只能和nil比较
  14. }

切片的长度和容量

切片拥有自己的长度和容量，我们可以通过使用内置的len()函数求长度，使用内置的cap()函数求切片的容量。
切片的容量是指底层数组的从切片的第一个元素到最后一个元素的数量(见1.4 切片的本质)。直接定义的切片是在底层先生成一个相应长度的数组，再通过切片的表达式 数组[:] 生成。
通过下标越界访问时静态编译不在报错，运行时会报错。

1.2 切片表达式定义法 - 数组或切片[low:high]

切片表达式从字符串、数组、指向数组或切片的指针构造子字符串或切片。它有两种变体：一种指定low和high两个索引界限值的简单的形式，另一种是除了low和high索引界限值外还指定容量的完整的形式。

简单切片表达式-基于数组

切片的底层就是一个数组，所以我们可以基于数组通过切片表达式得到切片。 切片表达式中的low和high表示一个索引范围（左包含，右不包含），也就是下面代码中从数组a中选出1<=索引值<4的元素组成切片s，得到的切片长度=high-low，容量等于得到的切片的底层数组的容量。

  1. func main() {
  2.     a := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
  3.     s := a[1:3]  // s := a[low:high]
  4.     fmt.Printf("s:%v len(s):%v cap(s):%v\n", s, len(s), cap(s))
  5. }

输出：

  1. s:[2 3] len(s):2 cap(s):4

为了方便起见，可以省略切片表达式中的任何索引。省略了low则默认为0；省略了high则默认为切片操作数的长度:

  1. a[2:]  // 等同于 a[2:len(a)]
  2. a[:3]  // 等同于 a[0:3]
  3. a[:]   // 等同于 a[0:len(a)]

注意：
对于数组或字符串，如果0 <= low <= high <= len(a)，则索引合法，否则就会索引越界（out of range）。
对切片再执行切片表达式时（切片再切片），high的上限边界是切片的容量cap(a)，而不是长度。常量索引必须是非负的，并且可以用int类型的值表示;对于数组或常量字符串，常量索引也必须在有效范围内。如果low和high两个指标都是常数，它们必须满足low <= high。如果索引在运行时超出范围，就会发生运行时panic。

  1. func main() {
  2.     a := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
  3.     s := a[1:3]  // s := a[low:high]
  4.     fmt.Printf("s:%v len(s):%v cap(s):%v\n", s, len(s), cap(s))
  5.     s2 := s[3:4]  // 索引的上限是cap(s)而不是len(s)
  6.     fmt.Printf("s2:%v len(s2):%v cap(s2):%v\n", s2, len(s2), cap(s2))
  7. }

输出：

  1. s:[2 3] len(s):2 cap(s):4
  2. s2:[5] len(s2):1 cap(s2):1

完整切片表达式-max表示底层数组的长度

对于数组，指向数组的指针，或切片a(注意不能是字符串)支持完整切片表达式：

  1. a[low : high : max]

上面的代码会构造与简单切片表达式a[low: high]相同类型、相同长度和元素的切片。另外，它会将得到的结果切片的容量设置为max-low。在完整切片表达式中只有第一个索引值（low）可以省略；它默认为0。

  1. func main() {
  2.     a := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
  3.     t := a[1:3:5]
  4.     fmt.Printf("t:%v len(t):%v cap(t):%v\n", t, len(t), cap(t))
  5. }

输出结果：

  1. t:[2 3] len(t):2 cap(t):4

完整切片表达式需要满足的条件是0 <= low <= high <= max <= cap(a)，其他条件和简单切片表达式相同。

1.3 使用make()函数构造切片

我们上面都是基于数组来创建的切片，如果需要动态的创建一个切片，我们就需要使用内置的make()函数，格式如下：

  1. make([]T, size, cap)

其中：

  • T:切片的元素类型
  • size:切片中元素的数量
  • cap:切片的容量

举个例子：

  1. func main() {
  2.     a := make([]int, 2, 10)
  3.     fmt.Println(a)      //[0 0]
  4.     fmt.Println(len(a)) //2
  5.     fmt.Println(cap(a)) //10
  6. }

上面代码中a的内部存储空间已经分配了10个，但实际上只用了2个。 容量并不会影响当前元素的个数，所以len(a)返回2，cap(a)则返回该切片的容量。

1.4 切片的本质

切片的本质就是对底层数组的封装，它包含了三个信息：底层数组的指针、切片的长度（len）和切片的容量（cap）。
举个例子，现在有一个数组a := [8]int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}，切片s1 := a[:5]，相应示意图如下。Go语言基础之切片 - 图1切片s2 := a[3:6]，相应示意图如下：Go语言基础之切片 - 图2

1.6 判断切片是否为空

要检查切片是否为空，请始终使用len(s) == 0来判断，而不应该使用s == nil来判断。

2. 切片不能直接比较

切片之间是不能比较的，我们不能使用==操作符来判断两个切片是否含有全部相等元素。 切片唯一合法的比较操作是和nil比较。 一个nil值的切片并没有底层数组，一个nil值的切片的长度和容量都是0。但是我们不能说一个长度和容量都是0的切片一定是nil，例如下面的示例：

  1. var s1 []int         //len(s1)=0;cap(s1)=0;s1==nil
  2. s2 := []int{}        //len(s2)=0;cap(s2)=0;s2!=nil
  3. s3 := make([]int, 0) //len(s3)=0;cap(s3)=0;s3!=nil

所以要判断一个切片是否是空的，要是用len(s) == 0来判断，不应该使用s == nil来判断。

3. 切片的赋值拷贝

下面的代码中演示了拷贝前后两个变量共享底层数组，对一个切片的修改会影响另一个切片的内容，这点需要特别注意。

  1. func main() {
  2.     s1 := make([]int, 3) //[0 0 0]
  3.     s2 := s1             //将s1直接赋值给s2，s1和s2共用一个底层数组
  4.     s2[0] = 100
  5.     fmt.Println(s1) //[100 0 0]
  6.     fmt.Println(s2) //[100 0 0]
  7. }

4. 切片遍历

切片的遍历方式和数组是一致的，支持索引遍历和for range遍历。

  1. func main() {
  2.     s := []int{1, 3, 5}
  3.     for i := 0; i < len(s); i++ {
  4.         fmt.Println(i, s[i])
  5.     }
  6.     for index, value := range s {
  7.         fmt.Println(index, value)
  8.     }
  9. }

5. append()方法为切片添加元素

Go语言的内建函数append()可以为切片动态添加元素。 可以一次添加一个元素，可以添加多个元素，也可以添加另一个切片中的元素（后面加…）。

  1. func main(){
  2.     var s []int
  3.     s = append(s, 1)        // [1]
  4.     s = append(s, 2, 3, 4)  // [1 2 3 4]
  5.     s2 := []int{5, 6, 7}  
  6.     s = append(s, s2...)    // [1 2 3 4 5 6 7]
  7. }

注意：通过var声明的零值切片可以在append()函数直接使用，无需初始化。

  1. var s []int
  2. s = append(s, 1, 2, 3)

没有必要像下面的代码一样初始化一个切片再传入append()函数使用，

  1. s := []int{}  // 没有必要初始化
  2. s = append(s, 1, 2, 3)
  3. var s = make([]int)  // 没有必要初始化
  4. s = append(s, 1, 2, 3)

每个切片会指向一个底层数组，这个数组的容量够用就添加新增元素。当底层数组不能容纳新增的元素时，切片就会自动按照一定的策略进行“扩容”，此时该切片指向的底层数组就会更换。“扩容”操作往往发生在append()函数调用时，所以我们通常都需要用原变量接收append函数的返回值。
举个例子：

  1. func main() {
  2.     //append()添加元素和切片扩容
  3.     var numSlice []int
  4.     for i := 0; i < 10; i++ {
  5.         numSlice = append(numSlice, i)
  6.         fmt.Printf("%v  len:%d  cap:%d  ptr:%p\n", numSlice, len(numSlice), cap(numSlice), numSlice)
  7.     }
  8. }

输出：

  1. [0]  len:1  cap:1  ptr:0xc0000a8000
  2. [0 1]  len:2  cap:2  ptr:0xc0000a8040
  3. [0 1 2]  len:3  cap:4  ptr:0xc0000b2020
  4. [0 1 2 3]  len:4  cap:4  ptr:0xc0000b2020
  5. [0 1 2 3 4]  len:5  cap:8  ptr:0xc0000b6000
  6. [0 1 2 3 4 5]  len:6  cap:8  ptr:0xc0000b6000
  7. [0 1 2 3 4 5 6]  len:7  cap:8  ptr:0xc0000b6000
  8. [0 1 2 3 4 5 6 7]  len:8  cap:8  ptr:0xc0000b6000
  9. [0 1 2 3 4 5 6 7 8]  len:9  cap:16  ptr:0xc0000b8000
  10. [0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]  len:10  cap:16  ptr:0xc0000b8000

从上面的结果可以看出：

  1. append()函数将元素追加到切片的最后并返回该切片。
  2. 切片numSlice的容量按照1，2，4，8，16这样的规则自动进行扩容，每次扩容后都是扩容前的2倍。

append()函数还支持一次性追加多个元素。 例如：

  1. var citySlice []string
  2. // 追加一个元素
  3. citySlice = append(citySlice, "北京")
  4. // 追加多个元素
  5. citySlice = append(citySlice, "上海", "广州", "深圳")
  6. // 追加切片
  7. a := []string{"成都", "重庆"}
  8. citySlice = append(citySlice, a...)
  9. fmt.Println(citySlice) //[北京 上海 广州 深圳 成都 重庆]

6. 切片的扩容策略

可以通过查看$GOROOT/src/runtime/slice.go源码，其中扩容相关代码如下：

  1. newcap := old.cap
  2. doublecap := newcap + newcap
  3. if cap > doublecap {
  4.     newcap = cap
  5. } else {
  6.     if old.len < 1024 {
  7.         newcap = doublecap
  8.     } else {
  9.         // Check 0 < newcap to detect overflow
  10.         // and prevent an infinite loop.
  11.         for 0 < newcap && newcap < cap {
  12.             newcap += newcap / 4
  13.         }
  14.         // Set newcap to the requested cap when
  15.         // the newcap calculation overflowed.
  16.         if newcap <= 0 {
  17.             newcap = cap
  18.         }
  19.     }
  20. }

从上面的代码可以看出以下内容：

  • 首先判断，如果新申请容量（cap）大于2倍的旧容量（old.cap），最终容量（newcap）就是新申请的容量（cap）。
  • 否则判断，如果旧切片的长度小于1024，则最终容量(newcap)就是旧容量(old.cap)的两倍，即（newcap=doublecap），
  • 否则判断，如果旧切片长度大于等于1024，则最终容量（newcap）从旧容量（old.cap）开始循环增加原来的1/4，即（newcap=old.cap,for {newcap += newcap/4}）直到最终容量（newcap）大于等于新申请的容量(cap)，即（newcap >= cap）
  • 如果最终容量（cap）计算值溢出，则最终容量（cap）就是新申请容量（cap）。

需要注意的是，切片扩容还会根据切片中元素的类型不同而做不同的处理，比如int和string类型的处理方式就不一样。

7. 使用copy()函数复制切片

首先我们来看一个问题：

  1. func main() {
  2.     a := []int{1, 2, 3, 4, 5}
  3.     b := a
  4.     fmt.Println(a) //[1 2 3 4 5]
  5.     fmt.Println(b) //[1 2 3 4 5]
  6.     b[0] = 1000
  7.     fmt.Println(a) //[1000 2 3 4 5]
  8.     fmt.Println(b) //[1000 2 3 4 5]
  9. }

由于切片是引用类型，所以a和b其实都指向了同一块内存地址。修改b的同时a的值也会发生变化。
Go语言内建的copy()函数可以迅速地将一个切片的数据复制到另外一个切片空间中，copy()函数的使用格式如下：

  1. copy(destSlice, srcSlice []T)

其中：

  • srcSlice: 数据来源切片
  • destSlice: 目标切片

举个例子：

  1. func main() {
  2.     // copy()复制切片
  3.     a := []int{1, 2, 3, 4, 5}
  4.     c := make([]int, 5, 5)
  5.     copy(c, a)     //使用copy()函数将切片a中的元素复制到切片c，再无引用关联
  6.     fmt.Println(a) //[1 2 3 4 5]
  7.     fmt.Println(c) //[1 2 3 4 5]
  8.     c[0] = 1000
  9.     fmt.Println(a) //[1 2 3 4 5]
  10.     fmt.Println(c) //[1000 2 3 4 5]
  11. }

8. 从切片中删除元素

Go语言中并没有删除切片元素的专用方法，我们可以使用切片本身的特性来删除元素。 代码如下：

  1. func main() {
  2.     // 从切片中删除元素
  3.     a := []int{30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37}
  4.     // 要删除索引为2的元素
  5.     a = append(a[:2], a[3:]...)
  6.     fmt.Println(a) //[30 31 33 34 35 36 37]
  7. }

总结一下就是：要从切片a中删除索引为index的元素，操作方法是a = append(a[:index], a[index+1:]...)

练习题

1.请写出下面代码的输出结果。

  1. func main() {
  2.     var a = make([]string, 5, 10)
  3.     for i := 0; i < 10; i++ {
  4.         a = append(a, fmt.Sprintf("%v", i))
  5.     }
  6.     fmt.Println(a)
  7. }
  8. // [0 0 0 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]

2.请使用内置的sort包对数组var a = [...]int{3, 7, 8, 9, 1}进行排序（附加题，自行查资料解答）。

  1. // sort包