Go程序的字符串、数组和切片的应用

By wiseai | 2022-07-31 | 3 minutes
编程

7.6 字符串、数组和切片的应用

7.6.1 从字符串生成字节切片

假设 s 是一个字符串（本质上是一个字节数组），那么就可以直接通过 c := []byte(s) 来获取一个字节的切片 c 。另外，您还可以通过 copy() 函数来达到相同的目的：copy(dst []byte, src string)。

同样的，还可以使用 for-range 来获得每个元素（Listing 7.13 — for_string.go）：

package main

import "fmt"

func main() {
    s := "\u00ff\u754c"
    for i, c := range s {
        fmt.Printf("%d:%c ", i, c)
    }
}

输出：

0:ÿ 2:界

我们知道，Unicode 字符会占用 2 个字节，有些甚至需要 3 个或者 4 个字节来进行表示。如果发现错误的 UTF8 字符，则该字符会被设置为 U+FFFD 并且索引向前移动一个字节。和字符串转换一样，您同样可以使用 c := []int32(s) 语法，这样切片中的每个 int 都会包含对应的 Unicode 代码，因为字符串中的每次字符都会对应一个整数。类似的，您也可以将字符串转换为元素类型为 rune 的切片：r := []rune(s)。

可以通过代码 len([]int32(s)) 来获得字符串中字符的数量，但使用 utf8.RuneCountInString(s) 效率会更高一点。(参考 count_characters.go)

您还可以将一个字符串追加到某一个字节切片的尾部：

var b []byte
var s string
b = append(b, s...)

7.6.2 获取字符串的某一部分

使用 substr := str[start:end] 可以从字符串 str 获取到从索引 start 开始到 end-1 位置的子字符串。同样的，str[start:] 则表示获取从 start 开始到 len(str)-1 位置的子字符串。而 str[:end] 表示获取从 0 开始到 end-1 的子字符串。

7.6.3 字符串和切片的内存结构

在内存中，一个字符串实际上是一个双字结构，即一个指向实际数据的指针和记录字符串长度的整数（见图 7.4）。因为指针对用户来说是完全不可见，因此我们可以依旧把字符串看做是一个值类型，也就是一个字符数组。

字符串 string s = "hello" 和子字符串 t = s[2:3] 在内存中的结构可以用下图表示：

7.6.4 修改字符串中的某个字符

Go 语言中的字符串是不可变的，也就是说 str[index] 这样的表达式是不可以被放在等号左侧的。如果尝试运行 str[i] = 'D' 会得到错误：cannot assign to str[i]。

因此，您必须先将字符串转换成字节数组，然后再通过修改数组中的元素值来达到修改字符串的目的，最后将字节数组转换回字符串格式。

例如，将字符串 "hello" 转换为 "cello"：

s := "hello"
c := []byte(s)
c[0] = 'c'
s2 := string(c) // s2 == "cello"

所以，您可以通过操作切片来完成对字符串的操作。

7.6.5 字节数组对比函数

下面的 Compare() 函数会返回两个字节数组字典顺序的整数对比结果，即 0 if a == b, -1 if a < b, 1 if a > b。

func Compare(a, b[]byte) int {
    for i:=0; i < len(a) && i < len(b); i++ {
        switch {
        case a[i] > b[i]:
            return 1
        case a[i] < b[i]:
            return -1
        }
    }
    // 数组的长度可能不同
    switch {
    case len(a) < len(b):
        return -1
    case len(a) > len(b):
        return 1
    }
    return 0 // 数组相等
}

7.6.6 搜索及排序切片和数组

标准库提供了 sort 包来实现常见的搜索和排序操作。您可以使用 sort 包中的函数 func Ints(a []int) 来实现对 int 类型的切片排序。例如 sort.Ints(arri)，其中变量 arri 就是需要被升序排序的数组或切片。为了检查某个数组是否已经被排序，可以通过函数 IntsAreSorted(a []int) bool 来检查，如果返回 true 则表示已经被排序。

类似的，可以使用函数 func Float64s(a []float64) 来排序 float64 的元素，或使用函数 func Strings(a []string) 排序字符串元素。

想要在数组或切片中搜索一个元素，该数组或切片必须先被排序（因为标准库的搜索算法使用的是二分法）。然后，您就可以使用函数 func SearchInts(a []int, n int) int 进行搜索，并返回对应结果的索引值。

当然，还可以搜索 float64 和字符串：

func SearchFloat64s(a []float64, x float64) int
func SearchStrings(a []string, x string) int

您可以通过查看 官方文档 来获取更详细的信息。

这就是如何使用 sort 包的方法，我们会在第 11.7 节 对它的细节进行深入，并实现一个属于我们自己的版本。

7.6.7 append() 函数常见操作

我们在第 7.5 节提到的 append() 非常有用，它能够用于各种方面的操作：

  1. 将切片 b 的元素追加到切片 a 之后：a = append(a, b...)

  2. 复制切片 a 的元素到新的切片 b 上：

    b = make([]T, len(a))
copy(b, a)

  3. 删除位于索引 i 的元素：a = append(a[:i], a[i+1:]...)

  4. 切除切片 a 中从索引 i 至 j 位置的元素：a = append(a[:i], a[j:]...)

  5. 为切片 a 扩展 j 个元素长度：a = append(a, make([]T, j)...)

  6. 在索引 i 的位置插入元素 x：a = append(a[:i], append([]T{x}, a[i:]...)...)

  7. 在索引 i 的位置插入长度为 j 的新切片：a = append(a[:i], append(make([]T, j), a[i:]...)...)

  8. 在索引 i 的位置插入切片 b 的所有元素：a = append(a[:i], append(b, a[i:]...)...)

  9. 取出位于切片 a 最末尾的元素 x：x, a = a[len(a)-1], a[:len(a)-1]

  10. 将元素 x 追加到切片 a：a = append(a, x)

因此，您可以使用切片和 append() 操作来表示任意可变长度的序列。

从数学的角度来看，切片相当于向量，如果需要的话可以定义一个向量作为切片的别名来进行操作。

如果您需要更加完整的方案，可以学习一下 Eleanor McHugh 编写的几个包：slices、chain 和 lists。

7.6.8 切片和垃圾回收

切片的底层指向一个数组，该数组的实际容量可能要大于切片所定义的容量。只有在没有任何切片指向的时候，底层的数组内存才会被释放，这种特性有时会导致程序占用多余的内存。

示例 函数 FindDigits() 将一个文件加载到内存，然后搜索其中所有的数字并返回一个切片。

var digitRegexp = regexp.MustCompile("[0-9]+")

func FindDigits(filename string) []byte {
    b, _ := ioutil.ReadFile(filename)
    return digitRegexp.Find(b)
}

这段代码可以顺利运行，但返回的 []byte 指向的底层是整个文件的数据。只要该返回的切片不被释放，垃圾回收器就不能释放整个文件所占用的内存。换句话说，一点点有用的数据却占用了整个文件的内存。

想要避免这个问题，可以通过拷贝我们需要的部分到一个新的切片中：

func FindDigits(filename string) []byte {
   b, _ := ioutil.ReadFile(filename)
   b = digitRegexp.Find(b)
   c := make([]byte, len(b))
   copy(c, b)
   return c
}

事实上，上面这段代码只能找到第一个匹配正则表达式的数字串。要想找到所有的数字，可以尝试下面这段代码：

func FindFileDigits(filename string) []byte {
   fileBytes, _ := ioutil.ReadFile(filename)
   b := digitRegexp.FindAll(fileBytes, len(fileBytes))
   c := make([]byte, 0)
   for _, bytes := range b {
      c = append(c, bytes...)
   }
   return c
}

练习 7.12 split_string.go

编写一个函数，要求其接受两个参数，原始字符串 str 和分割索引 i，然后返回两个分割后的字符串。

练习 7.13 string_split2.go

假设有字符串 str，那么 str[len(str)/2:] + str[:len(str)/2] 的结果是什么？

练习 7.14 string_reverse.go

编写一个程序，要求能够反转字符串，即将 "Google" 转换成 "elgooG"（提示：使用 []byte 类型的切片）。

如果您使用两个切片来实现反转，请再尝试使用一个切片（提示：使用交换法）。

如果您想要反转 Unicode 编码的字符串，请使用 []int32 类型的切片。

练习 7.15 Q29_uniq.go

编写一个程序，要求能够遍历一个字符数组，并将当前字符和前一个字符不相同的字符拷贝至另一个数组。

练习 7.16 bubblesort.go

编写一个程序，使用冒泡排序的方法排序一个包含整数的切片（算法的定义可参考 维基百科）。

练习 7.17 map_function.go

在函数式编程语言中，一个 map-function 是指能够接受一个函数原型和一个列表，并使用列表中的值依次执行函数原型，公式为：map ( F(), (e1,e2, . . . ,en) ) = ( F(e1), F(e2), ... F(en) )。

编写一个函数 mapFunc 要求接受以下 2 个参数：

  • 一个将整数乘以 10 的函数
  • 一个整数列表

最后返回保存运行结果的整数列表。

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