【Go语言基础【17】】切片：一种动态数组

Go语言的切片（slice）是一种动态数组，提供了灵活、高效的元素序列操作。它基于底层数组实现，通过长度和容量的分离设计，支持动态扩容和内存优化。

零、概述

切片 vs 数组

性能优化原理：

1. 预分配容量：若已知元素数量，使用make([]T, 0, capacity)避免频繁扩容。
2. 避免内存泄漏：切片保留对底层数组的引用，若仅需部分元素，建议copy到新切片后释放原数组。
3. 大容量切片谨慎扩容：大切片扩容可能导致内存浪费，可通过copy手动控制扩容策略。

一、切片基础

1、切片的结构

切片是一个引用类型，底层结构包含三个字段：

type slice struct {
    array unsafe.Pointer // 指向底层数组的指针
    len   int            // 当前切片的长度
    cap   int            // 底层数组的容量
}

• 长度（len）：切片中实际存在的元素数量，可通过len()函数获取。
• 容量（cap）：底层数组的总长度，可通过cap()函数获取。
• 指针（array）：指向底层数组的起始位置，决定了切片的起始元素。

示例：创建切片

s := make([]int, 3, 5) // 创建长度为3、容量为5的切片
// 底层数组: [0, 0, 0, 0, 0]
// 切片结构: {array: 指向数组, len: 3, cap: 5}

2、切片的创建方式

a. 使用make函数

s1 := make([]int, 3)      // 长度=容量=3，初始值为0
s2 := make([]int, 3, 5)   // 长度=3，容量=5

b. 使用切片字面量

s3 := []int{1, 2, 3}      // 长度=容量=3，初始值为[1,2,3]
s4 := []int{3: 100}       // 索引3的值为100，长度=容量=4，初始值为[0,0,0,100]

c. 从数组或切片派生

arr := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
s5 := arr[1:3]            // 从数组创建切片，[2,3]，长度=2，容量=4
s6 := s5[0:2]             // 从切片创建切片，[2,3]，长度=2，容量=4

3、切片的操作与扩容

a. 访问元素
通过索引访问，范围为0到len(s)-1：

s := []int{1, 2, 3}
fmt.Println(s[0]) // 输出: 1

b. 基于切片创建切片
通过指定[low:high:max]创建新切片：

• low：起始索引（包含）。
• high：结束索引（不包含），新切片长度为high - low。
• max：容量上限，新切片容量为max - low（可选，默认等于原切片容量）。

s := []int{10, 20, 30, 40, 50}
s1 := s[1:3]      // 长度=2，容量=4，元素=[20,30]
s2 := s[1:3:3]    // 长度=2，容量=2，元素=[20,30]

c. nil切片与空切片

var nilSlice []int         // nil切片，array=nil，len=0，cap=0
emptySlice := make([]int, 0) // 空切片，array指向空数组，len=0，cap=0

• nil切片：未初始化，array为nil。
• 空切片：已初始化，但长度为0，array指向底层数组。

d. 动态扩容：append函数

s := make([]int, 0, 2)     // 容量=2
s = append(s, 1, 2)        // 追加元素，容量足够，直接添加
s = append(s, 3)           // 容量不足，触发扩容（通常翻倍）

扩容规则：

• 容量<1000时，通常翻倍。
• 容量≥1000时，按1.25倍增长（具体实现可能随版本变化）。

e、多维切片
切片的元素可以是另一个切片，形成多维结构：

matrix := [][]int{
    {1, 2, 3},
    {4, 5, 6},
}

fmt.Println(matrix[0][1]) // 输出: 2

注意：多维切片的每个内层切片是独立的，可拥有不同长度。
 

二、切片的拷贝与共享内存

1. 浅拷贝（共享底层数组）

s1 := []int{1, 2, 3}
s2 := s1[0:2]             // s2与s1共享底层数组
s1[0] = 100               // 修改s1会影响s2
fmt.Println(s2[0])        // 输出: 100

2. 深拷贝（独立内存）
   使用copy函数：

s1 := []int{1, 2, 3}
s2 := make([]int, len(s1))
copy(s2, s1)              // 复制元素到新切片
s1[0] = 100               // 修改s1不影响s2
fmt.Println(s2[0])        // 输出: 1

三、切片作为函数参数

切片作为参数传递时，传递的是切片的值拷贝（即array、len、cap的副本），但由于array是指针，函数内可修改原切片的元素：

func modify(s []int) {
    s[0] = 100           // 修改底层数组的元素
}

func main() {
    s := []int{1, 2, 3}
    modify(s)
    fmt.Println(s[0])    // 输出: 100
}

若需在函数内扩容并影响原切片，需返回新切片：

func appendElement(s []int) []int {
    return append(s, 4)
}

s := []int{1, 2, 3}
s = appendElement(s)     // 需接收返回值以更新原切片