go数据结构之slice与map-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了go数据结构之slice与map。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

1. 切片

1. 切片结构定义

type slice struct {
	array unsafe.Pointer
	len   int
	cap   int
}

array:引用的底层数组，动态数组，可以修改
- 如果多个切片的array指针指向同一个动态数组，则它们都可以对底层这个动态数组元素进行修改。
len:：长度
cap：可以理解为底层动态数组的容量
- 当切片添加的元素超过cap后，会引发切片底层数组扩容。扩容后array指针指向可能会发生更改

2. 切片有长度

package main

import "fmt"

func main() {
	slice1 := make([]int, 0, 4)
	fmt.Println(len(slice1))
	// panic
	slice1[0] = 1
}

使用下标访问切片，访问范围不能超过切片len

2. 底层动态数组可能会被多个切片引用

package main

import "fmt"

func main() {
	slice1 := make([]int, 4, 8)
	// 4   8
	fmt.Println(len(slice1), " ", cap(slice1))

	slice2 := slice1[2:]
	// 2   6
	fmt.Println(len(slice2), " ", cap(slice2))
}

上述例子中两个切片引用的是同一个底层动态数组，slice1是从动态数组头部开始引用，而slice2则是从动态数组第二个元素开始引用
所以slice1能对底层动态数组全部八个位置都可以修改，而slice2则只能修改底层数组的后六位下标的位置
当底层动态数组只要有一个切片引用，则整个动态数组就不会被回收，即使这个切片引用的是动态数组的局部
- 如slice2引用会导致整个动态数组八位不能回收，虽然它只能访问和修改后六位

3. 函数中，切片是值传递

package main

import "fmt"

func main() {
	s1 := make([]int, 4, 8)
	fmt.Printf("s1的指针是 %p \n", &s1)
	printPoint(s1)

	fmt.Printf("s1的底层数组是 %p \n", s1)
	printArrPoint(s1)
}
func printPoint(s2 []int) {
	fmt.Printf("s2的指针是 %p \n", &s2)
}

func printArrPoint(s2 []int) {
	fmt.Printf("s2的底层数组是 %p \n", s2)
}
//s1的指针是 0xc000008078
//s2的指针是 0xc000008090 
//s1的底层数组是 0xc000014240 
//s2的底层数组是 0xc000014240

函数传递切片的时候，其实是把切片复制了一遍
但是两个切片指向了同一个底层动态数组

4. 当切片扩容时，(可能)会指向新的底层数组

package main

import "fmt"

func main() {
	s1 := make([]int, 4, 4)
	s2 := s1
	fmt.Printf("s1的底层数组是 [%p], 容量是 [%v]\n", s1, cap(s1))
	fmt.Printf("s2的底层数组是 [%p], 容量是 [%v]\n", s2, cap(s2))

	s1 = append(s1, 1)
	fmt.Printf("s1的底层数组是 [%p], 容量是 [%v]\n", s1, cap(s1))
	fmt.Printf("s2的底层数组是 [%p], 容量是 [%v]\n", s2, cap(s2))
}
//s1的底层数组是 [0xc000150020], 容量是 [4]
//s2的底层数组是 [0xc000150020], 容量是 [4]
//s1的底层数组是 [0xc0001200c0], 容量是 [8]
//s2的底层数组是 [0xc000150020], 容量是 [4]

当指向同一个底层数组时，s1对数组元素的修改对s2是可见的，当s1指向新的底层数组时，s1则对数组元素的修改则对s2是不可见了，因为它俩指向了不同的底层动态数组

5. 与空比较

package main

import "fmt"

func main() {
	var a []int
	b := make([]int, 0)
	fmt.Printf("a==nil? %v \n", a == nil)
	fmt.Printf("b==nil? %v \n", b == nil)
	fmt.Printf("len(a)==0? %v \n", len(a))
	fmt.Printf("len(b)==0? %v \n", len(b))
	fmt.Printf("a的指针是 [%p]\n", &a)
	fmt.Printf("b的指针是 [%p]\n", &b)
	fmt.Printf("a的底层数组是 [%p]\n", a)
	fmt.Printf("b的底层数组是 [%p]\n", b)
}

//a==nil? true
//b==nil? false 
//len(a)==0? 0 
//len(b)==0? 0 
//a的指针是 [0xc000008078]
//b的指针是 [0xc000008090]
//a的底层数组是 [0x0]
//b的底层数组是 [0xe6b438]

切片只声明未初始化则不会分配底层数组
切片可以和 nil 进行比较，只有当切片底层数据指针为空时切片本身为 nil，这时候切片的长度和容量信息将是无效的。如果有切片的底层数据指针为空，但是长度和容量不为 0 的情况，那么说明切片本身已经被损坏了。

2. map

1. map底层数据结构

type hmap struct {
	count     int              // map 中键值对的数量
	flags     uint8            // map 的标志位，如是否为引用类型等
	B         uint8            // map 的桶大小的对数
	noverflow uint16           // 溢出桶的数量
	hash0     uint32           // 哈希种子值
	buckets   unsafe.Pointer   // 存储桶的指针
	oldbuckets unsafe.Pointer   // 旧桶的指针，用于扩容时的过渡
	nevacuate uintptr          // 扩容时，已迁移的桶的数量
	extra     *mapextra        // 用于存储特殊情况下的扩展信息
}

type mapextra struct {
	overflow    *[]*bmap        // 溢出桶的数组，当哈希表中的键值对数量超过某个阈值时会使用溢出桶
	oldoverflow *[]*bmap        // 旧溢出桶的数组，用于扩容时的过渡
	nextOverflow *bmap          // 链接下一个溢出桶的指针
}

type bmap struct {
	tophash [bucketCnt]uint8
}

//在编译期间会产生新的结构体
type bmap struct {
    tophash [8]uint8 //存储哈希值的高8位
    keys    [8]keytype  //key数组
    values  [8]valuetype // value数组
    pad     uintptr
    overflow *bmap   //溢出bucket的地址
}

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map的底层结构时 hmap
桶数组中每个桶可以存储8个元素，超过了则使用overflow链接到下一个桶（溢出桶），所以使用的是链接法

2. get操作

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首先通过hash函数计算key的哈希值
通过后B位来定位到哪个桶
定位到桶之后，首先通过hash值高8位去便利tophash数组（起到一种加速的作用），找到对应的下标i。
然后比较keys[i]==key，如果为true，则返回values[i]
如果没有找到，则继续便利tophash数组，找到下一个符合的下标i，重复3,4两步
如果都没有找到，则去溢出桶里寻找

3. tophash数组的作用

主要起到加速的作用
tophash数组是值数组，每个元素物理位置连续
而key数组不一定是值数组，如果key是字符串，则key数组里的元素其实存的不是字符串内容本身，而是一个引用。我们需要再根据这个引用(指针)找到字符串去比较。
所以如果只根据key数组去比较的话，则这个过程中访问的内存地址其实不是连续的，速度会慢很多。

4. put操作

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先根据key进行查找（过程跟get差不多），如果找到了，则替换value
如果没找到，定位到对应的桶，找到一个空闲的位置i，进行插入（三个数组对应下标i处都要插入）
如果对应桶没有空闲位置，则通过overflow插入到溢出桶中
必要时可能会引发扩容

5. 等量扩容

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当不停地在map中put和delete操作，导致一个桶的溢出桶链很长，但是每个桶里面key存的断断续续也不是很多的时候，会出发等量扩容。
所谓等量扩容本不是真的扩容了，而是碎片整理，将key都整理到一起去
这种情况下元素会发生重排，但不会产生新的桶（正常桶和溢出桶）

6. 二倍扩容

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正常桶的桶数组大小会翻倍
存储的元素会重排，元素所在的桶数组下标可能会改变
比如扩容前B=2，扩容后B=3，之前根据key的hash后两位定位，现在看hash的后三位定位。所以对于一个key它新的同下标要么还是原来的 i，要么就是i+len(原来桶数组)

7. 扩容条件

当装载因子大于6.5时扩容（ladFactor=count/(2^B)）
当溢出桶过多时会扩容
- B<15时，溢出桶数量超过2^B
- B>=15时，溢出同数量超过2^15

8. 在函数中，也是值传递

跟切片一样，在函数中也是值传递
但是由于底层共享存储结构，所以函数中对map内容修改，出了函数仍是可见

9. map只能与nil比较

package main

import "fmt"

func main() {
	a := make(map[string]int, 0)
	// false
	fmt.Println(a == nil)

	var b map[string]int
	// true
	fmt.Println(b == nil)
}