这是golang系列的第一篇, 简单介绍一下golang的数组和切片(也可能不那么简单).

简介

golang中的数组类似于C中的定长数组, 需要在使用时指定数组的长度. 如 var a [2]int 是一个长度为2的数组, a是变量名, 2是长度, int是数组元素类型.

但是这种定长的数组不便于使用, 因此, golang中提供了变长的slice供我们使用, 熟悉cpp的同学可能会很快意识到, slice和vector非常相似.

var a []int 定义了一个slice, []int是slice的类型, 其中int是slice种元素的类型. slice的长度可以通过len(a)方式获取, 表示slice中元素的数量.

由于切片的使用面更广, 除了特别声明, 在本文之外的地方, 数组一词也指slice.

数据结构

数组表达一段连续的相同结构的元素, 这在各种编程语言中基本相同, 在这里也不例外.

array因为长度在编译器确定, 因此可以为array分配一段固定的内存空间, 对超过范围的元素的请求也会在编译器被发现并报错. 同时, var a [2]int 这种写法直接获得了对应的空间, 不需要做额外的申请空间操作, 这点和切片有所不同.

slice的底层也是一段连续的空间, 但是因为slice的大小可变, 因此当原本的空间不够时, 需要申请新的空间, 并将原有的数据复制到新的空间. 每次向slice中添加元素都重新申请一次空间显然是非常低效的, 这里go使用了和vector相似的策略, 先多申请一部分空间, 直到空间不够用了再申请下一次. 这里go的实现是, 当slice的空间不超过1024时, 每当空间满, 都会申请两倍的当前空间的内存, 并且把现有的数据移动到新的位置(如果需要的话).

一些容易混淆的概念

零切片，空切片，nil切片

nil切片很好理解，就是声明了还没来得及定义的切片，我们知道，在go中，一个变量在被生命出来时是对应的零值，比如基本数值类型就是0，引用和struct就是nil，字符串是""，于是，直接使用var定义并且没有在定义时赋值的切片就是nil切片。

空切片指已经赋值，但是其长度为0的切片。我们经常使用make来初始化一个切片，如果初始化的时候定义长度为0，那么这个切片就是一个空切片。例如 a := make([]int, 0)。我们也可以使用make的第三个参数来定义底层的容量，但只要长度为0，这就是一个空切片。

空切片和nil切片的使用基本相同，二者都可以正常使用append方法添加元素，a = append(a, newItem),都能正常返回一个长度为1的slice。不同点有两个，1是和nil的比较，a == nil在nil切片上为true，在空切片上为false，因为空切片已经有了赋值语句。另一个是，在json编码的时候，空切片会被编码成"[]"，而nil切片会被编码成nil或者null。

零切片是长度不为0，但是元素都是0的切片，常见于使用make定义特定长度的切片。

理解slice

slice结构

运行时的slice结构如下：

// SliceHeader is the runtime representation of a slice.
// It cannot be used safely or portably and its representation may
// change in a later release.
// Moreover, the Data field is not sufficient to guarantee the data
// it references will not be garbage collected, so programs must keep
// a separate, correctly typed pointer to the underlying data.
type SliceHeader struct {
   Data uintptr
   Len  int
   Cap  int
}

这里的uintptr可以先理解为一个unsafe.Pointer，关于相应的引用和垃圾回收的内容我们稍后再说。

我们看到，slice本质上是一个struct，而在go中，默认传参是传值的，这对理解slice的一些行为至关重要。

func a() {
    x := []int{1,2,3}
    b(x)
}

func b(x []int) {
    x = append(x, 4, 5, 6)
}

我们知道，在向切片中加入一个元素时，一定对应了Len和Data指向的内容的变化，可能也伴随着Cap的变化，当我们使用slice作为一个参数调用一个函数时，其实是复制了slice这个结构的一个副本参与计算，因为这个副本中的指针和原来的指针指向的是同一个地址，因此可以认为在被调函数里修改slice中元素的内容和在原函数里修改的效果相同。这也是为什么说slice是引用类型。但是不同的是，一旦在目标函数中出现了元素的数量变化，或者发生了扩容导致底层数据迁移，这部分是无法反映到调用方的。因此，如果在调用的时候对元素数量有调整，需要把调整过的数据返回回来，并覆盖原来的变量。这也是为什么slice的append方法要使用 a = append(a, 0)这种写法。

这里有个问题是为什么不直接在slice这个类上添加一个方法 func (\*slice) append(a int) {}，这里我的想法是，一旦需要修改slice的内容，就需要指针接收器，需要传参的时候传递指针，写起来颇为不便。

进一步地，我们注意到，如果在被调用处发生了扩容，那么被调用处的slice的Data指针会指向新的底层数组，但是原函数的slice的data指针仍旧指向旧的底层数组。在调用返回后，原slice的容量和底层地址都不变，而在被调函数中申请的空间由于不再有指针指向，会被gc回收掉。

并发

由于没有并发检验，对数组和slice的并发读写都不会报错（仅指不会panic，不保证数据正常），特别地，对于slice，如果有多个routine同时尝试对一个slice进行append，其实可以理解为多个routine尝试先读再写slice，类似于自增操作。具体的结果和运行时状态及调度有关。

应用

排序

go内部封装了排序方法，在sort包中，最简单的int数组的排序可以直接调用 sort.Ints(a)，会排成从小到大的顺序。但并不是stable的。

如果需要自定义大小关系，还可以使用sort.Slice(a, func Less(i, j int)bool{}), 这里也是会排成从小到大的顺序，只是这里的大小被重新定义了，如果你把大说成小，那排出来的就是从大到小的。

堆

堆也是数据结构中常用的概念，在go中，堆的底层数据结构可以使用数组。

堆是一个interface，如果一个数据结构同时满足可排序（sort.Interface）并且含有Push和Pop两个方法，就可以成为一个堆。

最简单的堆结构可以这么表示

type MyHeap struct {
    sort.IntSlice 
}

func (h *MyHeap) Push(a interface{}) {
    h.IntSlice = append(h.IntSlice, a.(int))
}

func (h *MyHeap) Pop() interface{} {
    last := h.IntSlice[h.Len()-1]
    h.IntSlice = h.IntSlice[:h.Len()-1]
    return last
}

这里几个要注意的点，一个是因为要改内部数据，所以Push和Pop都是使用的指针接收器，第二是因为使用了匿名成员，在使用的时候直接使用类名，第三个是，这里的Push和Pop都不是我们在使用堆的时候的操作，我们在向堆中存取数据时，使用的是heap.Push(myHeap, data) 和 data = heap.Pop(myHeap).(type)这两个方法。

其他

以后想到再写。