Go语言_更多类型：struct、slice和映射

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更多类型：struct、slice 和映射
学习如何基于现有类型定义新的类型：本节课涵盖了结构体、数组、切片和映射。

Go 作者组编写，Go-zh 小组翻译。
https://tour.go-zh.org/moretypes/1

指针

Go 拥有指针。指针保存了值的内存地址。

类型 *T 是指向 T 类型值的指针。其零值为 nil。

var p *int

& 操作符会生成一个指向其操作数的指针。

i := 42
p = &i

* 操作符表示指针指向的底层值。

fmt.Println(*p) // 通过指针 p 读取 i
*p = 21         // 通过指针 p 设置 i

这也就是通常所说的“间接引用”或“重定向”。

与 C 不同，Go 没有指针运算。

// +build OMIT

package main

import "fmt"

func main() {
	i, j := 42, 2701

	p := &i         // 指向 i
	fmt.Println(*p) // 通过指针读取 i 的值,42
	*p = 21         // 通过指针设置 i 的值
	fmt.Println(i)  // 查看 i 的值,21

	p = &j         // 指向 j
	*p = *p / 37   // 通过指针对 j 进行除法运算
	fmt.Println(j) // 查看 j 的值,73
}

结构体

一个结构体（struct）就是一组字段（field）。

// +build OMIT

package main

import "fmt"

type Vertex struct {
	X int
	Y int
}

func main() {
	fmt.Println(Vertex{1, 2})
}

结构体字段

结构体字段使用点号来访问。

// +build OMIT

package main

import "fmt"

type Vertex struct {
	X int
	Y int
}

func main() {
	v := Vertex{1, 2}
	v.X = 4
	fmt.Println(v.X)    
}

结构体指针

结构体字段可以通过结构体指针来访问。

如果我们有一个指向结构体的指针 p，那么可以通过 (*p).X 来访问其字段 X。不过这么写太啰嗦了，所以语言也允许我们使用隐式间接引用，直接写 p.X 就可以。

// +build OMIT

package main

import "fmt"

type Vertex struct {
	X int
	Y int
}

func main() {
	v := Vertex{1, 2}
	p := &v
	p.X = 1e9
	fmt.Println(v)    //{1000000000 2}
}

结构体文法

结构体文法通过直接列出字段的值来新分配一个结构体。

使用 Name: 语法可以仅列出部分字段。（字段名的顺序无关。）

特殊的前缀 & 返回一个指向结构体的指针。

// +build OMIT

package main

import "fmt"

type Vertex struct {
	X, Y int
}

var (
	v1 = Vertex{1, 2}  // 创建一个 Vertex 类型的结构体
	v2 = Vertex{X: 1}  // Y:0 被隐式地赋予
	v3 = Vertex{}      // X:0 Y:0
	p  = &Vertex{1, 2} // 创建一个 *Vertex 类型的结构体（指针）
)

func main() {
	fmt.Println(v1, p, v2, v3)    //{1 2} &{1 2} {1 0} {0 0}
}

数组

类型 [n]T 表示拥有 n 个 T 类型的值的数组。

表达式

var a [10]int

会将变量 a 声明为拥有 10 个整数的数组。

数组的长度是其类型的一部分，因此数组不能改变大小。这看起来是个限制，不过没关系，Go 提供了更加便利的方式来使用数组。

// +build OMIT

package main

import "fmt"

func main() {
	var a [2]string
	a[0] = "Hello"
	a[1] = "World"
	fmt.Println(a[0], a[1])
	fmt.Println(a)

	primes := [6]int{2, 3, 5, 7, 11, 13}
	fmt.Println(primes)
}

切片

每个数组的大小都是固定的。而切片则为数组元素提供动态大小的、灵活的视角。在实践中，切片比数组更常用。

类型 []T 表示一个元素类型为 T 的切片。

切片通过两个下标来界定，即一个上界和一个下界，二者以冒号分隔：

a[low : high]

它会选择一个半开区间，包括第一个元素，但排除最后一个元素。

以下表达式创建了一个切片，它包含 a 中下标从 1 到 3 的元素：

a[1:4]

// +build OMIT

package main

import "fmt"

func main() {
	primes := [6]int{2, 3, 5, 7, 11, 13}

	var s []int = primes[1:4]
	fmt.Println(s)
}

切片就像数组的引用

切片并不存储任何数据，它只是描述了底层数组中的一段。

更改切片的元素会修改其底层数组中对应的元素。

与它共享底层数组的切片都会观测到这些修改。

// +build OMIT

package main

import "fmt"

func main() {
	names := [4]string{
		"John",
		"Paul",
		"George",
		"Ringo",
	}
	fmt.Println(names)    //[John Paul George Ringo]

	a := names[0:2]
	b := names[1:3]
	fmt.Println(a, b)    //[John Paul] [Paul George]

	b[0] = "XXX"
	fmt.Println(a, b)    //[John XXX] [XXX George]
	fmt.Println(names)    //[John XXX George Ringo]
}

切片文法

切片文法类似于没有长度的数组文法。

这是一个数组文法：

[3]bool{true, true, false}

下面这样则会创建一个和上面相同的数组，然后构建一个引用了它的切片：

[]bool{true, true, false}

// +build OMIT

package main

import "fmt"

func main() {
	q := []int{2, 3, 5, 7, 11, 13}
	fmt.Println(q)        //[2 3 5 7 11 13]

	r := []bool{true, false, true, true, false, true}
	fmt.Println(r)        //[true false true true false true]

	s := []struct {
		i int
		b bool
	}{
		{2, true},
		{3, false},
		{5, true},
		{7, true},
		{11, false},
		{13, true},
	}
	fmt.Println(s)        //[{2 true} {3 false} {5 true} {7 true} {11 false} {13 true}]
}

切片的默认行为

在进行切片时，你可以利用它的默认行为来忽略上下界。

切片下界的默认值为 0，上界则是该切片的长度。

对于数组

var a [10]int

来说，以下切片是等价的：

a[0:10]
a[:10]
a[0:]
a[:]

// +build OMIT

package main

import "fmt"

func main() {
	s := []int{2, 3, 5, 7, 11, 13}

	s = s[1:4]
	fmt.Println(s)        //[3 5 7]

	s = s[:2]
	fmt.Println(s)        //[3 5]

	s = s[1:]
	fmt.Println(s)        //[5]
}

切片的长度与容量

切片拥有长度和容量。

切片的长度就是它所包含的元素个数。

切片的容量是从它的第一个元素开始数，到其底层数组元素末尾的个数。

切片 s 的长度和容量可通过表达式 len(s) 和 cap(s) 来获取。

只要具有足够的容量，你就可以通过重新切片来扩展一个切片。请试着修改示例程序中的某个切片操作，使其长度超过容量（即将它扩展到超出其容量范围），看看会发生什么。

// +build OMIT

package main

import "fmt"

func main() {
	s := []int{2, 3, 5, 7, 11, 13}
	printSlice(s)        //len=6 cap=6 [2 3 5 7 11 13]

	// 截取切片使其长度为 0
	s = s[:0]
	printSlice(s)        //len=0 cap=6 []

	// 拓展其长度
	s = s[:4]
	printSlice(s)        //len=4 cap=6 [2 3 5 7]

	// 舍弃前两个值
	s = s[2:]
	printSlice(s)        //len=2 cap=4 [5 7]
}

func printSlice(s []int) {
	fmt.Printf("len=%d cap=%d %v\n", len(s), cap(s), s)
}

nil 切片

切片的零值是 nil。

nil 切片的长度和容量为 0 且没有底层数组。

// +build OMIT

package main

import "fmt"

func main() {
	var s []int
	fmt.Println(s, len(s), cap(s))
	if s == nil {
		fmt.Println("nil!")
	}
}

用 make 创建切片

切片可以用内建函数 make 来创建，这也是你创建动态数组的方式。

make 函数会分配一个元素为零值的数组并返回一个引用了它的切片：

a := make([]int, 5)  // len(a)=5

要指定它的容量，需向 make 传入第三个参数：

b := make([]int, 0, 5) // len(b)=0, cap(b)=5

b = b[:cap(b)] // len(b)=5, cap(b)=5
b = b[1:]      // len(b)=4, cap(b)=4

// +build OMIT

package main

import "fmt"

func main() {
	a := make([]int, 5)
	printSlice("a", a)        //a len=5 cap=5 [0 0 0 0 0]

	b := make([]int, 0, 5)
	printSlice("b", b)        //b len=0 cap=5 []

	c := b[:2]
	printSlice("c", c)        //c len=2 cap=5 [0 0]

	d := c[2:5]
	printSlice("d", d)        //d len=3 cap=3 [0 0 0]
}

func printSlice(s string, x []int) {
	fmt.Printf("%s len=%d cap=%d %v\n",
		s, len(x), cap(x), x)
}

切片的切片

切片可包含任何类型，甚至包括其它的切片。

// +build OMIT

package main

import (
	"fmt"
	"strings"
)

func main() {
	// 创建一个井字板（经典游戏）
	board := [][]string{
		[]string{"_", "_", "_"},
		[]string{"_", "_", "_"},
		[]string{"_", "_", "_"},
	}

	// 两个玩家轮流打上 X 和 O
	board[0][0] = "X"
	board[2][2] = "O"
	board[1][2] = "X"
	board[1][0] = "O"
	board[0][2] = "X"

	for i := 0; i < len(board); i++ {
		fmt.Printf("%s\n", strings.Join(board[i], " "))
	}
}

向切片追加元素

为切片追加新的元素是种常用的操作，为此 Go 提供了内建的 append 函数。内建函数的[[https://go-zh.org/pkg/builtin/#append][文档]]对此函数有详细的介绍。

func append(s []T, vs ...T) []T

append 的第一个参数 s 是一个元素类型为 T 的切片，其余类型为 T 的值将会追加到该切片的末尾。

append 的结果是一个包含原切片所有元素加上新添加元素的切片。

当 s 的底层数组太小，不足以容纳所有给定的值时，它就会分配一个更大的数组。返回的切片会指向这个新分配的数组。

（要了解关于切片的更多内容，请阅读文章 [[https://blog.go-zh.org/go-slices-usage-and-internals][Go 切片：用法和本质]]。）

// +build OMIT

package main

import "fmt"

func main() {
	var s []int
	printSlice(s)                    //len=0 cap=0 []

	// 添加一个空切片
	s = append(s, 0)
	printSlice(s)                    //len=1 cap=2 [0]

	// 这个切片会按需增长
	s = append(s, 1)
	printSlice(s)                    //len=2 cap=2 [0 1]

	// 可以一次性添加多个元素
	s = append(s, 2, 3, 4)
	printSlice(s)                    //len=5 cap=8 [0 1 2 3 4]
}

func printSlice(s []int) {
	fmt.Printf("len=%d cap=%d %v\n", len(s), cap(s), s)
}

Range

for 循环的 range 形式可遍历切片或映射。

当使用 for 循环遍历切片时，每次迭代都会返回两个值。第一个值为当前元素的下标，第二个值为该下标所对应元素的一份副本。

// +build OMIT

package main

import "fmt"

var pow = []int{1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128}

func main() {
	for i, v := range pow {
		fmt.Printf("2**%d = %d\n", i, v)
	}
}

20 = 1 21 = 2 22 = 4 23 = 8 24 = 16 25 = 32 26 = 64 27 = 128

range（续）

可以将下标或值赋予 _ 来忽略它。

for i, _ := range pow
for _, value := range pow

若你只需要索引，忽略第二个变量即可。

for i := range pow

// +build OMIT

package main

import "fmt"

func main() {
	pow := make([]int, 10)
	for i := range pow {
		pow[i] = 1 << uint(i) // == 2**i
	}
	for _, value := range pow {
		fmt.Printf("%d\n", value)
	}
}

练习：切片

实现 Pic。它应当返回一个长度为 dy 的切片，其中每个元素是一个长度为 dx，元素类型为 uint8 的切片。当你运行此程序时，它会将每个整数解释为灰度值（好吧，其实是蓝度值）并显示它所对应的图像。

图像的选择由你来定。几个有趣的函数包括 (x+y)/2, x*y, x^y, x*log(y) 和 x%(y+1)。

（提示：需要使用循环来分配 [][]uint8 中的每个 []uint8；请使用 uint8(intValue) 在类型之间转换；你可能会用到 math 包中的函数。）

package main

import "golang.org/x/tour/pic"

func Pic(dx, dy int) [][]uint8 {
	a:=make([][]uint8, dy)
	for i:=0; i<dy; i++{
		a[i]=make([]uint8, dx)
	}
	return a
}

func main() {
	pic.Show(Pic)
}

映射 (map)

映射将键映射到值。

映射的零值为 nil 。nil 映射既没有键，也不能添加键。

make 函数会返回给定类型的映射，并将其初始化备用。

// +build OMIT

package main

import "fmt"

type Vertex struct {
	Lat, Long float64
}

var m map[string]Vertex

func main() {
	m = make(map[string]Vertex)
	m["Bell Labs"] = Vertex{
		40.68433, -74.39967,
	}
	fmt.Println(m["Bell Labs"])
}

映射的文法

映射的文法与结构体相似，不过必须有键名。

// +build OMIT

package main

import "fmt"

type Vertex struct {
	Lat, Long float64
}

var m = map[string]Vertex{
	"Bell Labs": Vertex{
		40.68433, -74.39967,
	},
	"Google": Vertex{
		37.42202, -122.08408,
	},
}

func main() {
	fmt.Println(m)
}

映射的文法（续）

若顶级类型只是一个类型名，你可以在文法的元素中省略它。

// +build OMIT

package main

import "fmt"

type Vertex struct {
	Lat, Long float64
}

var m = map[string]Vertex{
	"Bell Labs": {40.68433, -74.39967},
	"Google":    {37.42202, -122.08408},
}

func main() {
	fmt.Println(m)
}

修改映射

在映射 m 中插入或修改元素：

m[key] = elem

获取元素：

elem = m[key]

删除元素：

delete(m, key)

通过双赋值检测某个键是否存在：

elem, ok = m[key]

若 key 在 m 中，ok 为 true ；否则，ok 为 false。

若 key 不在映射中，那么 elem 是该映射元素类型的零值。

同样的，当从映射中读取某个不存在的键时，结果是映射的元素类型的零值。

注：若 elem 或 ok 还未声明，你可以使用短变量声明：

elem, ok := m[key]

// +build OMIT

package main

import "fmt"

func main() {
	m := make(map[string]int)

	m["Answer"] = 42
	fmt.Println("The value:", m["Answer"])

	m["Answer"] = 48
	fmt.Println("The value:", m["Answer"])

	delete(m, "Answer")
	fmt.Println("The value:", m["Answer"])

	v, ok := m["Answer"]
	fmt.Println("The value:", v, "Present?", ok)
}

练习：映射

实现 WordCount。它应当返回一个映射，其中包含字符串 s 中每个“单词”的个数。函数 wc.Test 会对此函数执行一系列测试用例，并输出成功还是失败。

你会发现 [[https://go-zh.org/pkg/strings/#Fields][strings.Fields]] 很有帮助。

package main

import (
	"golang.org/x/tour/wc"
	"strings"
)

func WordCount(s string) map[string]int {
    m := make(map[string]int)
	kv:=strings.Split(s, " ")
	lv:=len(kv)
	for i:=0; i<lv; i++{
		skv := kv[i]
		elm, eok := m[skv]
		if eok{
			m[skv]=elm+1
		} else {
			m[skv]=1
		}
	}
	return m
}

func main() {
	wc.Test(WordCount)
}

函数值

函数也是值。它们可以像其它值一样传递。

函数值可以用作函数的参数或返回值。

// +build OMIT

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

func compute(fn func(float64, float64) float64) float64 {
	return fn(3, 4)
}

func main() {
	hypot := func(x, y float64) float64 {
		return math.Sqrt(x*x + y*y)
	}
	fmt.Println(hypot(5, 12))                        //13

	fmt.Println(compute(hypot))                  //5
	fmt.Println(compute(math.Pow))           //81
}

函数的闭包

Go 函数可以是一个闭包。闭包是一个函数值，它引用了其函数体之外的变量。该函数可以访问并赋予其引用的变量的值，换句话说，该函数被这些变量“绑定”在一起。

例如，函数 adder 返回一个闭包。每个闭包都被绑定在其各自的 sum 变量上。

// +build OMIT

package main

import "fmt"

func adder() func(int) int {
	sum := 0
	return func(x int) int {
		sum += x
		return sum
	}
}

func main() {
	pos, neg := adder(), adder()        //pos, neg可理解为一个class，包含变量sum和函数func
	for i := 0; i < 10; i++ {
		fmt.Println(
			pos(i),
			neg(-2*i),
		)
	}
}

练习：斐波纳契闭包

让我们用函数做些好玩的事情。

实现一个 fibonacci 函数，它返回一个函数（闭包），该闭包返回一个[[https://zh.wikipedia.org/wiki/斐波那契数列][斐波纳契数列]] (0, 1, 1, 2, 3, 5, ...)。

package main

import "fmt"

// 返回一个“返回int的函数”
func fibonacci() func() int {
	m:=0
	x:=0
	y:=1
	return func() int{
		m=x
		x=y
		y=x+m
		return m
	}
}

func main() {
	f := fibonacci()
	for i := 0; i < 10; i++ {
		fmt.Println(f())
	}
}