Go语言基础(三)

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指针

与c和c++一样,go语言中也有指针,但是go语言中的指针和c/c++中的不同,go语言中的指针不能进行偏移和运算,是安全指针。

要搞明白go语言中的指针需要先知道3个概念:指针地址、指针类型和指针取值。

Go语言中的函数传参都是值拷贝,当我们想要修改某个变量的时候,我们可以创建一个指向该变量地址的指针变量。传递数据使用指针,而无须拷贝数据。类型指针不能进行偏移和运算。Go语言中的指针操作非常简单,只需要记住两个符号:&(取地址)和*(根据地址取值)。

指针地址和指针类型

每个变量在运行时都拥有一个地址,这个地址代表变量在内存中的位置。Go语言中使用&字符放在变量前面对变量进行“取地址”操作。 Go语言中的值类型(int、float、bool、string、array、struct)都有对应的指针类型,如:*int、*int64、*string等。

取变量指针的语法如下:

    ptr := &v    // v的类型为T

其中:

    v:代表被取地址的变量,类型为T
    ptr:用于接收地址的变量,ptr的类型就为*T,称做T的指针类型。*代表指针。

举个例子:

func main() {
    a := 10
    b := &a
    fmt.Printf("a:%d ptr:%p\n", a, &a) // a:10 ptr:0xc00001a078
    fmt.Printf("b:%p type:%T\n", b, b) // b:0xc00001a078 type:*int
    fmt.Println(&b)                    // 0xc00000e018
}

这里可以用一个图来直观的理解&

image-20241123104609769.png

指针取值

在对普通变量使用&操作符取地址后会获得这个变量的指针,然后可以对指针使用*操作,也就是指针取值,代码如下。

func main() {
    //指针取值
    a := 10
    b := &a // 取变量a的地址,将指针保存到b中
    fmt.Printf("type of b:%T\n", b)
    c := *b // 指针取值(根据指针去内存取值)
    fmt.Printf("type of c:%T\n", c)
    fmt.Printf("value of c:%v\n", c)
}

输出如下:

    type of b:*int
    type of c:int
    value of c:10

总结: 取地址操作符&和取值操作符*是一对互补操作符,&取出地址,*根据地址取出地址指向的值。

变量、指针地址、指针变量、取地址、取值的相互关系和特性如下:

  1. 对变量进行取地址(&)操作,可以获得这个变量的指针变量。
  2. 指针变量的值是指针地址。
  3. 对指针变量进行取值(*)操作,可以获得指针变量指向的原变量的值。

new和make

我们先来看一个例子:

func main() {
    var a *int
    *a = 100
    fmt.Println(*a)
​
    var b map[string]int
    b["测试"] = 100
    fmt.Println(b)
}

执行上面的代码会引发panic,为什么呢? 在Go语言中对于引用类型的变量,我们在使用的时候不仅要声明它,还要为它分配内存空间,否则我们的值就没办法存储。而对于值类型的声明不需要分配内存空间,是因为它们在声明的时候已经默认分配好了内存空间。要分配内存,就引出来今天的new和make。 Go语言中new和make是内建的两个函数,主要用来分配内存。

new

new是一个内置的函数,它的函数签名如下:

    func new(Type) *Type

其中,

  1. Type表示类型,new函数只接受一个参数,这个参数是一个类型
  2. *Type表示类型指针,new函数返回一个指向该类型内存地址的指针。

new函数不太常用,使用new函数得到的是一个类型的指针,并且该指针对应的值为该类型的零值。举个例子:

func main() {
    a := new(int)
    b := new(bool)
    fmt.Printf("%T\n", a) // *int
    fmt.Printf("%T\n", b) // *bool
    fmt.Println(*a)       // 0
    fmt.Println(*b)       // false
}    

本节开始的示例代码中var a *int只是声明了一个指针变量a但是没有初始化,指针作为引用类型需要初始化后才会拥有内存空间,才可以给它赋值。应该按照如下方式使用内置的new函数对a进行初始化之后就可以正常对其赋值了:

func main() {
    var a *int
    a = new(int)
    *a = 10
    fmt.Println(*a)
}
make

make也是用于内存分配的,区别于new,它只用于slice、map以及chan的内存创建,而且它返回的类型就是这三个类型本身,而不是他们的指针类型,因为这三种类型就是引用类型,所以就没有必要返回他们的指针了。make函数的函数签名如下:

func make(t Type, size ...IntegerType) Type

make函数是无可替代的,我们在使用slice、map以及channel的时候,都需要使用make进行初始化,然后才可以对它们进行操作。这个我们在上一章中都有说明,关于channel我们会在后续的章节详细说明。

本节开始的示例中var b map[string]int只是声明变量b是一个map类型的变量,需要像下面的示例代码一样使用make函数进行初始化操作之后,才能对其进行键值对赋值:

func main() {
    var b map[string]int
    b = make(map[string]int, 10)
    b["测试"] = 100
    fmt.Println(b)
}
new与make的区别
  1. 二者都是用来做内存分配的。
  2. make只用于slice、map以及channel的初始化,返回的还是这三个引用类型本身;
  3. 而new用于类型的内存分配,并且内存对应的值为类型零值,返回的是指向类型的指针。

Map

map定义

Go语言中 map的定义语法如下

    map[KeyType]ValueType

其中,

    KeyType:表示键的类型。
​
    ValueType:表示键对应的值的类型。

map类型的变量默认初始值为nil,需要使用make()函数来分配内存。语法为:

    make(map[KeyType]ValueType, [cap])

其中cap表示map的容量,该参数虽然不是必须的,但是我们应该在初始化map的时候就为其指定一个合适的容量。

map基本使用

map中的数据都是成对出现的,map的基本使用示例代码如下:

func main() {
    scoreMap := make(map[string]int, 8)
    scoreMap["张三"] = 90
    scoreMap["小明"] = 100
    fmt.Println(scoreMap)
    fmt.Println(scoreMap["小明"])
    fmt.Printf("type of a:%T\n", scoreMap)
}   

输出:

    map[小明:100 张三:90]
    100
    type of a:map[string]int  

判断某个键是否存在

Go语言中有个判断map中键是否存在的特殊写法,格式如下:

    value, ok := map[key]   

其中如果不需要value值,只需要使用_来代替即可。

举个例子:

func main() {
    scoreMap := make(map[string]int)
    scoreMap["张三"] = 90
    scoreMap["小明"] = 100
    // 如果key存在ok为true,v为对应的值;不存在ok为false,v为值类型的零值
    v, ok := scoreMap["张三"]
    if ok {
        fmt.Println(v)
    } else {
        fmt.Println("查无此人")
    }
}  

Map的实现原理

key,value存储

最通俗的话说Map是一种通过key来获取value的一个数据结构,其底层存储方式为数组,在存储时key不能重复,当key重复时,value进行覆盖,我们通过key进行hash运算(可以简单理解为把key转化为一个整形数字)然后对数组的长度取余,得到key存储在数组的哪个下标位置,最后将key和value组装为一个结构体,放入数组下标处,看下图:

image-20241123111657704.png

hash冲突

如上图所示,数组一个下标处只能存储一个元素,也就是说一个数组下标只能存储一对key,value, hashkey(xiaoming)=4占用了下标0的位置,假设我们遇到另一个key,hashkey(xiaowang)也是4,这就是hash冲突(不同的key经过hash之后得到的值一样),那么key=xiaowang的怎么存储?

解决hash冲突的常见方法:

开放定址法:也就是说当我们存储一个key,value时,发现hashkey(key)的下标已经被别key占用,那我们在这个数组中空间中重新找一个没被占用的存储这个冲突的key,那么没被占用的有很多,找哪个好呢?常见的有线性探测法,线性补偿探测法,随机探测法,这里我们主要说一下线性探测法

线性探测,字面意思就是按照顺序来,从冲突的下标处开始往后探测,到达数组末尾时,从数组开始处探测,直到找到一个空位置存储这个key,当数组都找不到的情况下回扩容(事实上当数组容量快满的时候就会扩容了);查找某一个key的时候,找到key对应的下标,比较key是否相等,如果相等直接取出来,否则按照顺寻探测直到碰到一个空位置,说明key不存在。如下图:首先存储key=xiaoming在下标0处,当存储key=xiaowang时,hash冲突了,按照线性探测,存储在下标1处,(红色的线是冲突或者下标已经被占用了) 再者key=xiaozhao存储在下标4处,当存储key=xiaoliu是,hash冲突了,按照线性探测,从头开始,存储在下标2处 (黄色的是冲突或者下标已经被占用了)

go语言中的指针和map都是较为复杂的,想要理解其中的原理以及能够熟练的运用需要花费大量的时间练习,也希望在之后的学习中能够更进一步。