如何在Go中使用切片容量和長度

來做一個(gè)快速測(cè)驗(yàn)-以下代碼輸出什么？

vals := make([]int, 5)
for i := 0; i  5; i++ {
 vals = append(vals, i)
}
fmt.Println(vals)

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如果猜到了[0 0 0 0 0 0 1 2 3 4]，那么你是正確的。 等一下為什么不是[0 1 2 3 4]？

如果答錯(cuò)了，也不擔(dān)心。從其他語言過渡到Go時(shí)，這是一個(gè)相當(dāng)普遍的錯(cuò)誤，在本文中，我們將介紹為什么輸出不符合你的預(yù)期以及如何利用Go的細(xì)微差別來提高代碼效率。

Slices vs Arrays

在Go中，既有數(shù)組又有切片。切片和數(shù)組之間有很多區(qū)別，數(shù)組的長度是其類型的一部分，所以數(shù)組不能改變大小，而切片可以具有動(dòng)態(tài)大小，因?yàn)榍衅菙?shù)組的包裝。這是什么意思？假設(shè)我們有一個(gè)數(shù)組var a [10]int。此數(shù)組的大小固定，無法更改。如果我們調(diào)用len(a)，它將始終返回10，因?yàn)樵摯笮?0是該類型[10]int的一部分。如果你在數(shù)組中需要10個(gè)以上的項(xiàng)，則必須創(chuàng)建一個(gè)類型完全不同的新對(duì)象，例如var b [11] int，然后將所有值從a復(fù)制到b。

雖然在特定情況下使用具有固定大小的數(shù)組很有價(jià)值，但通常來說這并不是開發(fā)人員想要的。相反，我們希望使用與Go中的數(shù)組類似的東西，但是具有隨著時(shí)間增加長度的能力。一種簡(jiǎn)單的方法是創(chuàng)建一個(gè)比需要的數(shù)組大得多的數(shù)組，然后將該數(shù)組的子集當(dāng)作使用的數(shù)組。下面的代碼顯示了一個(gè)示例。

var vals [20]int
for i := 0; i  5; i++ {
 vals[i] = i * i
}
subsetLen := 5

fmt.Println("The subset of our array has a length of:", subsetLen)

// Add a new item to our array
vals[subsetLen] = 123
subsetLen++
fmt.Println("The subset of our array has a length of:", subsetLen)

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上面代碼中，我們將一個(gè)數(shù)組其大小設(shè)置為20，但是由于我們僅使用一個(gè)子集，因此我們的代碼可以假裝數(shù)組的長度為5，然后在向數(shù)組中添加新項(xiàng)后為6。

（很粗略地說）這就是切片的工作方式。它們包裝一個(gè)具有設(shè)定大小的數(shù)組，就像上一個(gè)示例中的數(shù)組具有20的設(shè)定大小一樣。它們還跟蹤程序可使用的數(shù)組子集-length屬性，它類似于上一示例中的subsetLen變量。

切片還具有一個(gè)容量，類似于上一個(gè)示例中數(shù)組（20）的總長度。這很有用，因?yàn)樗嬖V你子集可以增長多大之后才能不再適合支撐切片的底層數(shù)組。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，將會(huì)分配一個(gè)新的數(shù)組來支撐切片，但是所有這些邏輯都隱藏在append函數(shù)的后面。

簡(jiǎn)而言之，將slice與append函數(shù)結(jié)合在一起可以為我們提供一種與數(shù)組非常相似的類型，但是隨著時(shí)間的增長，它可以處理更多元素。

讓我們?cè)俅慰匆幌虑懊娴氖纠?，但是這次我們將使用切片而不是數(shù)組。

var vals []int
for i := 0; i  5; i++ {
 vals = append(vals, i)
 fmt.Println("The length of our slice is:", len(vals))
 fmt.Println("The capacity of our slice is:", cap(vals))
}

// Add a new item to our array
vals = append(vals, 123)
fmt.Println("The length of our slice is:", len(vals))
fmt.Println("The capacity of our slice is:", cap(vals))

// Accessing items is the same as an array
fmt.Println(vals[5])
fmt.Println(vals[2])

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我們?nèi)匀豢梢韵裨L問數(shù)組一樣訪問切片中的元素，但是通過使用切片和append函數(shù)，我們不再需要考慮支持?jǐn)?shù)組的大小。通過使用len和cap函數(shù)，我們?nèi)匀豢梢耘宄@些事情，但是我們不必太擔(dān)心它們。

考慮到這一點(diǎn)，讓我們回顧一下文章開頭的測(cè)驗(yàn)代碼，看看出了什么問題。

vals := make([]int, 5)
for i := 0; i  5; i++ {
 vals = append(vals, i)
}
fmt.Println(vals)

調(diào)用make時(shí)，我們最多可以傳入3個(gè)參數(shù)。第一個(gè)是我們要分配的類型，第二個(gè)是類型的長度，第三個(gè)是類型的容量（此參數(shù)是可選的）。

通過make([] int, 5)，我們告訴程序要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)長度為5的切片，并且容量默認(rèn)為提供的長度-在這里是5。雖然這看起來似乎是我們最初想要的，但這里的重要區(qū)別是我們告訴切片要將長度和容量都設(shè)置為5，make 將切片初始化為[0 ,0 ,0 ,0 ,0]然后繼續(xù)調(diào)用append函數(shù)，因此它將增加容量并在切片的末尾開始添加新元素。

如果在代碼中添加Println()語句，可以看到容量的變化。

vals := make([]int, 5)
fmt.Println("Capacity was:", cap(vals))
for i := 0; i  5; i++ {
 vals = append(vals, i)
 fmt.Println("Capacity is now:", cap(vals))
}

fmt.Println(vals)

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結(jié)果，我們最終得到了輸出[0 0 0 0 0 0 0 1 2 3 4]而不是期望的[0 1 2 3 4]。 我們?cè)撊绾谓鉀Q？嗯，有幾種方法可以做到這一點(diǎn)，我們將介紹其中兩種，你可以擇最適合自己情況的一種。

不使用 append, 直接用索引寫入

第一個(gè)解決方法是保持make調(diào)用不變，并明確聲明要將每個(gè)元素設(shè)置為的索引。

vals := make([]int, 5)
for i := 0; i  5; i++ {
 vals[i] = i
}
fmt.Println(vals)

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我們?cè)O(shè)置的值恰好與我們要使用的索引相同，但是您也可以獨(dú)立跟蹤索引。 例如，如果您想獲取map的key，則可以使用以下代碼:

package main

import "fmt"

func main() {
 fmt.Println(keys(map[string]struct{}{
  "dog": struct{}{},
  "cat": struct{}{},
 }))
}

func keys(m map[string]struct{}) []string {
 ret := make([]string, len(m))
 i := 0
 for key := range m {
  ret[i] = key
  i++
 }
 return ret
}

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這之所以行之有效，是因?yàn)槲覀冎婪祷氐那衅拇_切長度將與map的長度相同，因此我們可以使用該長度初始化切片，然后將每個(gè)元素分配給適當(dāng)?shù)乃饕?。這種方法的缺點(diǎn)是我們必須跟蹤i，以便我們知道將每個(gè)值放入哪個(gè)索引。

這導(dǎo)致我們進(jìn)入第二種方法

使用0作為長度，并指定容量

我們更新make調(diào)用，在切片類型之后為其提供兩個(gè)參數(shù)。首先，新切片的長度將設(shè)置為0，因此我們沒有在切片中添加任何新元素。第二個(gè)參數(shù)是新切片的容量，將被設(shè)置為map參數(shù)的長度，因?yàn)槲覀冎狼衅罱K的長度就是 map 的長度。

這仍將在幕后構(gòu)造與上一個(gè)示例相同的數(shù)組，但是現(xiàn)在，當(dāng)我們調(diào)用append時(shí)，它將知道將元素放置在切片的開頭，因?yàn)榍衅拈L度為0。

package main

import "fmt"

func main() {
 fmt.Println(keys(map[string]struct{}{
  "dog": struct{}{},
  "cat": struct{}{},
 }))
}

func keys(m map[string]struct{}) []string {
 ret := make([]string, 0, len(m))
 for key := range m {
  ret = append(ret, key)
 }
 return ret
}

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使用 append 能自動(dòng)擴(kuò)容，為什么還要關(guān)心切片的容量

你可能要問的下一件事是：“如果append函數(shù)可以為我增加切片的容量，我們?yōu)槭裁催€要告訴程序一個(gè)容量？”

事實(shí)是，在大多數(shù)情況下，無需太擔(dān)心這一點(diǎn)。如果它使您的代碼復(fù)雜得多，只需使用var vals []int初始化切片，然后讓append函數(shù)處理繁重的工作。但是針對(duì)知道切片最終長度的情況，我們可以在初始化切片時(shí)聲明其容量，從而使程序不必執(zhí)行不必要的內(nèi)存分配。

請(qǐng)?jiān)贕o Playground上運(yùn)行以下代碼。每當(dāng)容量增加時(shí)，我們的程序就需要執(zhí)行另一次內(nèi)存分配：

package main

import "fmt"

func main() {
 fmt.Println(keys(map[string]struct{}{
  "dog":    struct{}{},
  "cat":    struct{}{},
  "mouse":   struct{}{},
  "wolf":   struct{}{},
  "alligator": struct{}{},
 }))
}

func keys(m map[string]struct{}) []string {
 var ret []string
 fmt.Println(cap(ret))
 for key := range m {
  ret = append(ret, key)
  fmt.Println(cap(ret))
 }
 return ret
}

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現(xiàn)在將切片預(yù)設(shè)容量后將其與上面相同的代碼進(jìn)行比較：

package main

import "fmt"

func main() {
 fmt.Println(keys(map[string]struct{}{
  "dog":    struct{}{},
  "cat":    struct{}{},
  "mouse":   struct{}{},
  "wolf":   struct{}{},
  "alligator": struct{}{},
 }))
}

func keys(m map[string]struct{}) []string {
 ret := make([]string, 0, len(m))
 fmt.Println(cap(ret))
 for key := range m {
  ret = append(ret, key)
  fmt.Println(cap(ret))
 }
 return ret
}

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在第一個(gè)代碼示例中，我們的容量從0開始，然后增加到1、2、4，最后是8，這意味著我們必須在5個(gè)不同的時(shí)間分配一個(gè)新數(shù)組，此外，最后一個(gè)數(shù)組用于支持我們slice的容量為8，大于我們最終需要的容量。 另一方面，我們的第二個(gè)示例以相同的容量（5）開始和結(jié)束，并且只需要在keys()函數(shù)開始時(shí)分配一次即可。我們還避免浪費(fèi)任何額外的內(nèi)存。

不要過度優(yōu)化

通常不鼓勵(lì)任何人擔(dān)心像這樣的次要優(yōu)化，但是在確實(shí)很明顯最終大小應(yīng)該是多少的情況下，強(qiáng)烈建議為切片設(shè)置適當(dāng)?shù)娜萘炕蜷L度。

它不僅有助于提高應(yīng)用程序的性能，而且還可以通過明確說明輸入大小和輸出大小之間的關(guān)系來幫助理清代碼。

本文并不是要對(duì)切片或數(shù)組之間的差異進(jìn)行詳盡的討論，而只是要簡(jiǎn)要介紹容量和長度如何影響切片以及它們?cè)诓煌鉀Q方案中的作用。

以上就是本文的全部?jī)?nèi)容，希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。