切片比数组好用在哪-Toy模板网

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1. 引言

在Go语言中，数组和切片都是常见的数据结构，它们经常被用于存储数据，可以相互替换。本文将介绍Go语言中数组和切片的基本概念，同时详细探讨切片的优势。从而能够充分的理解切片相对于数组的优点，更好得对切片进行使用。

2. 基本介绍

2.1 数组

数组是一种固定长度、具有相同类型的元素序列。在Go语言中，数组的长度在创建时确定，并且无法动态增长或缩小。数组的声明方式为var name [size]Type，其中name是数组的标识符，size是数组的长度，Type是数组存储的元素类型，下面是数组使用的基本示例:

package main

import "fmt"

func main() {
        // 声明一个整数数组
        var numbers [2]int
               
        // 初始化数组元素
        numbers[0] = 1
        numbers[1] = 2
        
        // 访问数组元素
        fmt.Println("数组中的元素：", numbers[0], numbers[1])
}

在上面的例子中，我们定义了一个长度为2的整数数组，分别对其对其赋值和访问。

2.2 切片

Go语言中的切片实际上是对底层数组的一个引用。切片的长度可以动态改变，而且可以通过切片表达式或内置的append和copy函数对切片进行操作。切片的声明方式为var name []Type，其中name是切片的标识符，Type是切片存储的元素类型，下面是切片使用的一个基本的例子:

package main

import "fmt"

func main() {
        // 声明一个整数切片
        var numbers []int
        // 赋值切片
        numbers = []int{1, 2}
        // 访问切片元素
        fmt.Println("切片中的元素：", numbers[0], numbers[1]) 
}

2.3 总述

看起来数组和切片在定义和使用上有些相似，但它们在长度、内存分配、大小调整和传递方式等方面存在重要的区别。接下来，我们将探讨切片相对于数组的优势，并解释为何在许多情况下选择切片更加合适。

3. 切片优势

3.1 动态长度

切片在Go语言中具有动态增长和缩小的能力，这是切片相对于数组的重要优势之一。通过动态调整切片的长度，我们可以根据需要有效地处理和管理数据。

在Go语言中，我们可以使用内置的append函数向切片中添加元素。append函数接受一个切片和一个或多个元素作为参数，并返回一个新的切片，其中包含原切片的所有元素以及添加的新元素。如果切片的容量不足以容纳新元素，append函数会自动进行内存分配并扩展底层数组的大小，以容纳更多的元素。

以下是一个示例，演示了如何使用append函数向切片中添加元素：

package main

import "fmt"

func main() {
    slice := []int{1, 2, 3} // 声明一个切片

    // 使用 append 函数向切片添加元素
    slice = append(slice, 4)
    slice = append(slice, 5, 6)

    fmt.Println(slice) // 输出: [1 2 3 4 5 6]
}

通过重复调用append函数，我们可以根据需要动态地增加切片的长度，而不必担心底层数组的固定长度。

另外，切片也支持使用切片表达式来创建一个新的切片，该切片是原切片的子序列。通过指定起始和结束索引，我们可以选择性地提取切片中的一部分数据。以下是一个示例，演示了如何使用切片表达式来缩小切片的长度：

package main

import "fmt"

func main() {
    slice := []int{1, 2, 3, 4, 5, 6} // 声明一个切片

    // 使用切片表达式缩小切片的长度
    slice = slice[1:4] // 选择索引1到索引3的元素（不包含索引4）

    fmt.Println(slice) // 输出: [2 3 4]
}

通过调整切片表达式中的起始和结束索引，我们可以灵活地缩小切片的长度，以满足特定需求。

对于数组而言，在创建时需要指定固定的长度，而且无法在运行时改变长度。这意味着数组的长度是静态的，无法根据需要进行动态调整。比如下面示例代码：

package main

import "fmt"

func main() {
        // 声明一个长度为2的整数数组
        var numbers [2]int
        // 赋值前5个元素
        numbers[0] = 1
        numbers[1] = 2
        // 这里无法再继续赋值
        // numners[2] = 3
}

这里定义一个长度为2的整数数组，如果元素数超过2时，此时将无法继续写入，需要重新定义长度更大的一个整数数组，将旧数组的元素全部拷贝过来，之后才能继续写入。

而切片则具有动态长度和灵活性，可以根据需要进行动态调整。切片在处理长度不确定的数据时更加方便和高效。因此，在许多情况下，选择切片而不是数组可以更好地满足实际需求。

3.2 随意切割和连接

切片在Go语言中具有出色的灵活性，可以进行切割和连接等操作。这些操作使得我们能够轻松地处理和操作切片的子序列，以满足不同的需求。

切片可以通过切片表达式进行切割，即选择切片中的一部分数据。切片表达式使用起始索引和结束索引来指定切片的范围。例如，slice[1:4]会返回一个新的切片，包含从索引1到索引3的元素（不包含索引4）。通过切割操作，我们可以获取切片的子序列，便于对数据进行分析、处理和传递。

package main

import "fmt"

func main() {
    slice := []int{1, 2, 3, 4, 5, 6} // 声明一个切片

    // 切割操作
    subSlice := slice[1:4] // 选择索引1到索引3的元素（不包含索引4）
    fmt.Println(subSlice) // 输出: [2 3 4]
}

切片还支持使用内置的append函数进行连接操作，将一个切片连接到另一个切片的末尾。append函数会返回一个新的切片，其中包含原始切片和要连接的切片的所有元素。通过连接操作，我们可以将多个切片合并成一个更大的切片，方便进行统一的处理和操作。

package main

import "fmt"

func main() {
    slice := []int{1, 2, 3, 4, 5, 6} // 声明一个切片
    // 连接操作
    anotherSlice := []int{7, 8, 9}
    mergedSlice := append(slice, anotherSlice...)
    fmt.Println(mergedSlice) // 输出: [1 2 3 4 5 6 7 8 9]
}

通过切割操作和连接操作，我们可以按需选择和组合切片中的元素，使得切片在处理数据时更加灵活和方便。这些操作可以根据具体需求进行自由组合，满足不同场景下的数据处理要求。

3.3 参数传递的性能优势

在函数参数传递和返回值方面，切片具有明显的优势，并且能够避免数据的复制和性能开销。

将切片作为函数的参数传递时，实际上是传递切片的引用而不是复制整个切片。相比之下，如果传递数组作为参数，会进行数组的复制，产生额外的内存开销和时间消耗。

由于切片传递的是引用，而不是复制整个数据，所以在函数参数传递时可以大大减少内存开销。无论切片的大小如何，传递的开销都是固定的，只是引用指针的复制。这对于大型数据集合的处理尤为重要，可以显著减少内存占用。

下面通过一个基准测试，证明使用切片传递参数,相比使用数组传递参数来说，整体性能更好:

const (
   arraySize   = 1000000 // 数组大小
   sliceLength = 1000000 // 切片长度
)

// 使用数组作为函数参数
func processArray(arr [arraySize]int) int {
   // 避免编译器优化，正确展示效果
   // 使用 reflect.ValueOf 将数组转换为 reflect.Value
   arrValue := reflect.ValueOf(&arr).Elem()

   sum := 0
   for i := 0; i < arrValue.Len(); i++ {
      // 使用 reflect.Value 索引操作修改数组元素的值
      arrValue.Index(i).SetInt(2)
   }
   return sum
}

// 使用切片作为函数参数
func processSlice(slice []int) int {
   // 避免编译器优化
   arrValue := reflect.ValueOf(&slice).Elem()
   sum := 0
   for i := 0; i < arrValue.Len(); i++ {
      // 使用 reflect.Value 索引操作修改数组元素的值
      arrValue.Index(i).SetInt(2)
   }
   return sum
}

// 使用数组作为参数的性能测试函数
func BenchmarkArray(b *testing.B) {
   var arr [arraySize]int
   for i := 0; i < arraySize; i++ {
      arr[i] = i
   }

   b.ResetTimer()
   for i := 0; i < b.N; i++ {
      processArray(arr)
   }
}

// 使用切片作为参数的性能测试函数
func BenchmarkSlice(b *testing.B) {
   slice := make([]int, sliceLength)
   for i := 0; i < sliceLength; i++ {
      slice[i] = i
   }
   b.ResetTimer()
   for i := 0; i < b.N; i++ {
      processSlice(slice)
   }
}

这里我们定义了BenchmarkArray 和 BenchmarkSlice 两个基准测试，分别使用数组和切片来作为参数来传递，下面是这两个基准测试的运行结果:

BenchmarkArray-4             116           9980122 ns/op         8003584 B/op          1 allocs/op
BenchmarkSlice-4             169           6898980 ns/op              24 B/op          1 allocs/op

其中ns/op 表示每次操作的平均执行时间，即函数执行的耗时。B/op 表示每次操作的平均内存分配量，即每次操作分配的内存大小。allocs/op 表示每次操作的平均内存分配次数。

在这里例子中，可以看到，数组传递参数，每一次操作会分配8003584字节的内存，而使用切片来传递参数，每次只会传递24字节的内存。而且数组作为参数传递也比切片作为参数传递的平均执行时间传递更长。

这个基准测试的结果也证明了，在函数参数传递和返回值方面，相对于数组，切片具有明显的优势，并且能够避免数据的复制和性能开销。