Golang高效实践之array、slice、map实践

前言

Golang的slice类型为连续同类型数据提供了一个方便并且高效的实现方式。slice的实现是基于array，slice和map一样是类似于指针语义，传递slice和map并不涉及底层数据结构的拷贝，相当于传递底层数据结构的指针。

Arrays数组 

数组类型的定义需要指定长度和元素的类型。例如，[4]int表示一个四个整数的数组。数组的大小是固定的，数组的大小是类型的一部分，也就是说[4]int 和 [5]int是不同的类型，不能比较。数组可以按序号索引访问，从0开始，s[n]表示访问第n个元素。

var a [4]int

a[0] = 1

i := a[0]

// i == 1

数组不需要明确的初始化，默认是数组元素类型的零值： 

// a[2] == 0

[4]int的内存分布为：

Go的数组是值语义，即数组变量代表整个数组，并不是一个指向数组第一个元素的指针（C语言）。这意味着当赋值或者传递数组时将会产生数组内容拷贝。

数组指定元素初始化：

b := [2]string{"Penn", "Teller"} 

或者：

b := [...]string{"Penn", "Teller"}

上面两种写法b的类型都是[2]string

package main


import "fmt"



func main() {

 b := [...]string{"Penn", "Teller"}

 fmt.Printf("%T
", b)

}

程序输出：

[2]string

Slices切片

由于数组的大小是固定的，不是很灵活，所以在Go的代码里面不会经常出现。但是，slice是随处可见的。slice是数组的基础进行了封装，更加强大和方便。 

切片的定义为：[]T,其中T是切片元素的类型。不像数组，切片类型不用指定长度。例如：

letters := []string{"a", "b", "c", "d"}

letters的类型为[]string,而不是[4]string

切片可以用内建函数make创建，make的签名为：

func make([]T, len, cap) []T

其中cap可选

var s []byte

s = make([]byte, 5, 5)

// s == []byte{0, 0, 0, 0, 0}

不指定cap：

s := make([]byte, 5)

切片的零值是nil。对零值调用len和cap函数将会返回0.

切片可以从一个已经存在的切片或者数组中切分生成，切分遵循的是半开闭原则，例如b[1:4]表达式创建一个切片包含b的序号1到3的元素，由此得到新的切片序号将会是从0到2。 

b := []byte{'g', 'o', 'l', 'a', 'n', 'g'}

// b[1:4] == []byte{'o', 'l', 'a'}, sharing the same storage as b

用于表示切分的开始和结束的序号都是可选的，默认分别是0和切片的长度。例如：

// b[:2] == []byte{'g', 'o'}

// b[2:] == []byte{'l', 'a', 'n', 'g'}

// b[:] == b

从数组中切分为切片：

package main

 

import "fmt"

 

func main() {

 x := [3]string{"我","是","Gopher"}

 s := x[:]

 fmt.Println(s)

 fmt.Printf("x type:%T
s type:%T
", x, s)

}

程序输出：

[我 是 Gopher]

x type:[3]string

s type:[]string

切片内部实现：

切片是一个数组段的描述，由一个指向数组的指针，数据段的长度（length），和它的最大能容纳数据的大小（capacity）：

上面提到的s，一开始的时候由make([]byte, 5)创建时，结构如下：

 

s=s[2:4]相关的结构体：

切分不会拷贝切片的数组，将会创建一个新的切片值指向原始的数组。这使得切片的操作像数组索引访问一样高效。因此，更改重新切分的切片元素也会影响到原始的切片：

d := []byte{'r', 'o', 'a', 'd'}

e := d[2:] 

// e == []byte{'a', 'd'}

e[1] = 'm'

// e == []byte{'a', 'm'}

// d == []byte{'r', 'o', 'a', 'm'}

如果是想让重新切分的切片拥有独立的内存数据，可以使用copy函数：

func copy(dst, src []T) int

例如：

t := make([]byte, len(s), (cap(s)+1)*2)

copy(t, s)

s = t 

Map哈希表/字典

计算机科学中哈希表是一个很重要的数据结构，Go提供了内建的map类型用于实现哈希表。

Go map类型长这样：

map[KeyType]ValueType

其中KeyType需要是可比较类型，可比较类型：

可比较类型是值可以用==和!=操作比较的类型，有：

Boolean 值是可以比较的。两个boolean值如果都是true或者都是false，那么它们就是相等的。

Interger，Float 值是可以比较的。

Complex 值是可以比较的。如果real(u) == real(v) 并且 imag(u) == imag(v),那么两个complex值相等。

String 值是可以比较的。

Pointer值是可以比较的。如果两个指针值指向同一个变量那么这两个指针值相等，或者都是nil。

Channel 值是可以比较的。

Interface值是可以比较的。如果两个interface值得concrete type和value都相等（前提是concrete type是可比较的），那么这两个interface相等。如果两个interface都是nil那么也相等。

var a1 int = 3

var a2 int = 3

var ia1 interface{}

var ia2 interface{}

ia1 = a1

ia2 = a2

if ia1 == ia2 {

 fmt.Println("equal")

}

程序输出：

equal

Struct值是可比较的，前提是每个字段都是可比较的。如果两个struct的每个字段都相等，那么这两个struct相等。

type ST struct {

 name string

 age int

}

s1 := ST{"tom", 19}

s2 := ST{"tom", 19}

fmt.Println(s1 == s2)

程序输出：

true

数组值是可以比较的，前提是数组元素类型是可以比较的。当两个数据的每个元素都对应相等，那么这两个数组是相等的。

a1 := [2]string{"iam", "handsome"}

a2 := [2]string{"iam", "handsome"}

fmt.Println(a1 == a2)

程序输出：

true

需要特别说明的是如果两个interface指向的实际类型（concrete type）是不可比较类型，如果比较这两个interface将会触发运行时panic，例如：

a1 := []int{1,3}

a2 := []int{1,3}

var ia1 interface{}

var ia2 interface{}

ia1 = a1

ia2 = a2

if ia1 == ia2 {

 fmt.Println("equal")

} 

程序运行结果：

panic: runtime error: comparing uncomparable type []int

 

goroutine 1 [running]:

main.main()

 /Users/haiweilu/saas/src/awesomeProject/channel/main.go:24 +0xb2

Slice，map和function 值是不能比较的。但是有一个特例，就是可以和nil比较，判断slice，map和function是否是nil。 

所以slice，map和funciton值不能作为map的key。map的ValueType可以是任意类型，当然也包括map类型。例如：

var m map[string]int

Map类型是引用类型，类似于指针和切片，所以上述m的值是nil，它指向一个还没初始化的map，即map的零值是nil。对nil map值进行读写访问会触发运行时panic。为了避免这种情况，可以用内建函数make创建map：

m = make(map[string]int)

Make函数分配并初始化一个哈希表数据结构，并且返回一个指向这个结构的map值。

Map的使用

设置一个key为”route”，value为66的元素：

m["route"] = 66

根据key索引访问value：

i := m["route"]

如果key对应的value不存在，将会返回该value类型对应的零值，例如：

j := m["root”]，j的值是0

求map的元素数量：

n := len(m)

根据key删除map对应的k-v：

delete(m, "route")

可以用”common,ok”表达式判断map的key是否存在：

_, ok := m["route"]

如果”route”存在，ok为true，否则为false

遍历map：

for key, value := range m {

    fmt.Println("Key:", key, "Value:", value)

}

初始化map的另外一种方法：

commits := map[string]int{

    "rsc": 3711,

    "r":   2138,

    "gri": 1908,

    "adg": 912,

}

m = map[string]int{} 

用map实现set

由于map索引对应key不存在时返回value类型的零值，所以我们可以用map[KeyType]bool来实现一个set 

struct作为map的key实现多维索引

例如：

type Key struct {

    Path, Country string

}

hits := make(map[Key]int)

 

hits[Key{"/", "vn"}]++
也可以这样：

n := hits[Key{"/ref/spec", "ch"}]

Map的并发

Map的操作不是原子操作，所以多个goroutine并发读写map会导致运行时panic。同时读没有问题。可以通过读写锁的方式实现同步并发读写：

var counter = struct{

    sync.RWMutex

    m map[string]int

}{m: make(map[string]int)}

 

读：

counter.RLock()

n := counter.m["some_key"]

counter.RUnlock()

fmt.Println("some_key:", n)

 

写：

counter.Lock()

counter.m["some_key"]++

counter.Unlock()

有序map

Map中的key不保证顺序，也就说保证每次遍历同一个map的key返回顺序都是一致的，如果需要key是有序的可以通过增加一个辅助的切片来实现：

import "sort"

 

var m map[int]string

var keys []int

for k := range m {

    keys = append(keys, k)

}

sort.Ints(keys)

for _, k := range keys {

    fmt.Println("Key:", k, "Value:", m[k])

}

总结

文档介绍了array、slice和map的各种使用场景，希望能够帮助大家少点踩坑。 

参考

https://blog.golang.org/go-slices-usage-and-internals

https://blog.golang.org/go-maps-in-action
https://golang.org/ref/spec#Comparison_operators 

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