当前位置： 首页 > article >正文

Go基本数据结构

article 2024/10/8 15:40:37

1.jdk丰富的数据结构

Jdk提供了许多基本数据结构的实现，这些数据结构是Java Collections Framework的一部分，位于java.util包中。以下是一些常见的数据结构：

  1. ArrayList：一个可调整大小的数组实现，支持快速随机访问。

  2. LinkedList：一个双向链表实现，支持快速插入和删除。

  3. HashSet：基于哈希表的Set实现，不保证集合的迭代顺序。

  4. LinkedHashSet：类似于HashSet，但维护着一个运行于所有元素的双重链表。

  5. TreeSet：基于红黑树的NavigableSet实现，元素处于排序状态。

  6. HashMap：基于哈希表的Map实现，不保证映射的顺序。

  7. LinkedHashMap：类似于HashMap，维护着一个运行于所有条目的双重链表。

  8. TreeMap：基于红黑树的NavigableMap实现，键处于排序状态。

  9. PriorityQueue：基于优先级堆的无界队列，元素处于自然排序状态。

  10. ArrayDeque：一个双端队列实现，支持从两端插入和移除。

  11. ConcurrentHashMap：一个线程安全的HashMap实现。

  12. CopyOnWriteArrayList：一个线程安全的变长数组实现。

  13. CopyOnWriteArraySet：一个线程安全的Set实现。

JDK提供了如此多的数据结果，程序员只需了解每种数据结果的特点，即可应付大部分日常开发。说实在的，对于数据结构，即使经验丰富的开发（包括笔者自己），很多人都是只知其然而不知其所以然。

在这里分享一个面试经历，笔者曾经一个同事，中山大学硕士生，技术杠杠的。然而在一场面试却挂了， 面试官问了一个问题，讲讲红黑树的数据结构。

说这个故事不是说数据结构不重要，只是侧面说明了jdk内嵌的数据结果多么丰富，可以解决实际开发90%以上的问题。

2.Go基本数据结构

Go以简洁著称，只提供3种数据结构（后续可能会拓展，毕竟效率是第一生产力啊）

2.1.数组

数组是一个固定长度的数据类型，用于存储一段具有相同类型元素的数据块。其占有的内存是连续的，可以快速迭代数组里的每个元素。

2.1.1.申明数组

当数组初始化时，每个元素被初始化为对应的零值

// 申明包含5个元素的整形数组
var array [5]int
// 初始化为零值 [0 0 0 0 0]
fmt.Print(array)

使用字面量声明数组

import "fmt"
func main() {
   // 申明一个包含5个元素的数组，并进行初始化
   array1 := [5]int{1,2,3,4,5}
   // 使用...自动计算数组长度
   array2 := [...]int{1,2,3,4,5,6}
   
   fmt.Println(array1)
   fmt.Println(array2)
}

2.1.2.基本操作

func main() {
   // 申明一个包含5个元素的数组，并进行初始化
   array := [5]int{1,2,3,4,5}
   // 修改索引为2的元素
   array[2] = 30
   // 遍历数组
   for i := 0; i < len(array); i++ {
        fmt.Println(array[i])
   }
   // 使用range遍历
   for i,value := range array {
        fmt.Println(i, value)
   }
   
   // 数组复制，只有类型及长度都一样才可进行！
   var array2 [5]int = array
   fmt.Println(array2)
}

2.1.3.在函数间传递数组

在函数之间传递变量时，总是以值的方式。如果数组很大，无疑开销很大。因为无论数组有多长，都会完整复制一份新的。（这一点与C语言不同，C传递数组给函数时，传递的是首元素的地址，相当于传递了指针）

import "fmt"
func main() {
  // 100万个元素，需要8M
  var array [1e6]int64 
  // 将数组复制传递给函数
  test(array) 
  // 函数内部的操作不会影响到原数组
  fmt.Println(array[1])
}

func test(a [1e6]int64) {
   a[1]=100
   fmt.Println(len(a))
   // 函数内部修改了元素值，操作的是复制品
   fmt.Println(a[1])
}

2.1.4.传递引用

为了避免耗时耗内存的复制操作，可以只传入指向数组的指针

func main() {
   // 100万个元素，需要8M
  var array [1e6]int64 
  test(&array) 
  // 函数内部的修改，会影响原数组的内容
  fmt.Println(array[1])
}

func test(a *[1e6]int64) {
   // 修改索引为1的元素的值
   a[1]=100
   fmt.Println(len(a))
   // 内部通过指针修改元素值
   fmt.Println(a[1])
}

2.2.切片

切片，实质上为动态数组，相当于java的ArrayList。这种结构可以通过append函数按需自动增长，也可以对切片再次切片来缩小一个切片的大小。

2.2.1.内部实现

切片是一个很小的对象，对底层数组进行了抽象，并提供相关的操作方法。切片内部有3个字段，分别是指向数组的指针，元素个数（长度）和切片允许增长的元素个数（容量）。如下图所示：

2.2.2.创建与初始化

使用make函数创建切片

func main() {
    // 只指定长度，那么切片的容量等于长度
   slice := make([]int, 5)
   // 同时指定长度，容量
   slice2 := make([]int, 5, 10)
}

 通过切面字面量申明切片（与通过字面量申明数组非常相似，只是中括号内部少了...）

color := []string{"red", "green", "blue"}

2.2.3.nil与空切片

nil切片

有时(例如函数要求返回一个切片但发生异常)，程序可能需要申明一个值为nil的切片。只需在申明时不做任何初始化。如下所示：

// 创建nil切片
var slice []int

空切片

空切片表示，在底层数组包含0个元素，也没有分配任何存储空间。使用空切片来表示空集合，例如，数组库查询返回0个查询结果。

// 使用make创建空切片
slice := make([]int,0)
// 使用字面量创建空切片
slice2 := []int{}

2.2.4.基本操作

package main

import (
	"fmt"
	"sort"
)

func main() {
	// 声明一个整型切片
	var slice []int

	// 使用内置的make函数初始化切片
	slice = make([]int, 5) // 分配一个长度为5的切片，容量也为5

	// 使用数组初始化切片
	array := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
	slice = array[:5] // 创建一个切片，包含整个数组

	// 访问和修改元素
	slice[0] = 10 // 修改索引为0的元素为10
	fmt.Println("Modified slice:", slice)

	// 追加元素
	slice = append(slice, 6)
	fmt.Println("Slice after append:", slice)

	// 获取切片长度和容量
	length := len(slice)
	capacity := cap(slice)
	fmt.Println("Length:", length)
	fmt.Println("Capacity:", capacity)

	// 切片的切片
	subSlice := slice[1:4]
	fmt.Println("Sub-slice:", subSlice)

	// 遍历切片
	fmt.Println("Iterating over slice:")
	for index, value := range slice {
		fmt.Println(index, value)
	}

	// 使用for循环遍历切片
	fmt.Println("Iterating with for loop:")
	for index := 0; index < len(slice); index++ {
		fmt.Println(index, slice[index])
	}

	// 清空切片
	slice = slice[:0]
	fmt.Println("Slice after clearing:", slice)

	// 扩展切片
	slice = slice[:cap(slice)] // 扩展切片到其容量
	fmt.Println("Slice after expansion:", slice)

	// 截断切片
	slice = slice[:4] // 将切片截断到4
	fmt.Println("Slice after truncation:", slice)

	// 复制切片
	copySlice := append([]int(nil), slice...)
	fmt.Println("Copy of slice:", copySlice)

	// 排序切片
	sort.Ints(slice)
	fmt.Println("Sorted slice:", slice)

	// 删除元素
	slice = append(slice[:1], slice[2:]...)
	fmt.Println("Slice after deletion:", slice)

	// 反转切片
	for i, j := 0, len(slice)-1; i < j; i, j = i+1, j-1 {
		slice[i], slice[j] = slice[j], slice[i]
	}
	fmt.Println("Reversed slice:", slice)
}

2.2.5.切片的切片

这里重点讲下对切片进行切片。切片之所以被称为切片，是因为创建一个新的切片就是把底层数组切出一部分。如下代码：

   // 创建一个长度与容量都是5的切片
   myNum := []int{10,20,30,40,50}
   // 创建一个新切片，长度为2，容量为4
   newNum := myNum[1:3]
   // 向第二个切片新增元素
   newNum = append(newNum, 60)
   fmt.Println(myNum)  //输出： [10 20 30 60 50]
   fmt.Println(newNum) //输出： [20 30 60]

执行完代码之后，我们有两个切片，它们共享同一个底层数组，但不同的切片看到同一个数组的不同部分，如下

第一个切片myNum能够看到底层数组全部5个元素，而newNum一开始只能看到索引为1和索引为2的元素，在执行append之后，可以看到新增的元素60，同时新增的元素也影响了myNum切片。从程序输出可以看出，myNum索引为3的元素从40变成60了。

2.2.6.限制再切片的容量

在创建切片的切片时，还可以指定第三个参数，用来控制新切片的容量。该参数可以更好控制追加操作，为底层数组提供了一定的保护。(为了显示行数，下面的例子使用截图而非文本)

对于第三个参数的解释

第9行代码执行 newNum   := myNum[2:3:4]，这里的4代表的是原切片myNum的索引为4的位置，典型地，对于slice[i:j:k]，示例 [2:3:4]

长度公式为：j - i = 3-2 = 1

容量公式为：k - i = 4-2 = 2

执行第12行，向newNum追加一个元素600，因为newNum容量为2，没有超出（此时newNum长度为2，容量为2），所以共享底层数组的myNumq切片也多了一个元素600（见第13行输出）

然而，执行第13行，向newNum继续追加一个元素700，因为超出newNum的容量，程序会创建一个新的底层数组，这个数组会将原来newNum的元素全部复制过来，新切片的容量为原切片进行翻倍。

从上面的例子可以看出，如果在创建切片时设置切片的容量和长度一样，就可以强制让新切片的第一个append操作创建新的底层数组，从而使新切片与原切片彻底分类，这样，新切片就可以安全进行后续操作了。

2.2.7.在函数间传递切片

在函数间传递切片是以值的方式，由于切片本身属于引用类型，将切片传递给函数时，在64位架构的机器上，一个切片需要8字节的指针，8字节的长度以及8字节的容量，总共需要24字节。底层的数组不会被复制，所以在函数间传递切片非常快速。

2.3.映射

映射（map）是一种基于哈希表实现的内置数据结构，它允许存储键值对，并提供了快速的查找、插入和删除操作（相当于java的HashMap）。以下是 map 的一些核心特性和基本操作：

  • 无序：map 是无序的，不能通过索引访问，也没有固定的长度。
  • 动态：map 的大小是动态的，可以随时添加或删除键值对。
  • 唯一键：map 的键是唯一的，不允许重复。
  • 非并发安全：标准的 map 不是并发安全的，如果需要在多个 goroutine 中共享 map，应该使用 sync.Map 或者在操作 map 时使用互斥锁。

2.3.1.创建和初始化

使用make和字面量创建映射

// 创建一个映射，key为string，value为int
dict := make(map[string]int)

// 创建一个映射，key，value均为string
// 使用两个键值对初始化
dict2 := map[string]string{"name":"gforgame", "url":"https://github.com/kingston-csj/gforgame"}

关于键的类型

映射的键可以是任何值，只要这个值可以使用==运算符做比较。这个值的类型可以是内置的类型，也可以是结构类型。但切片、函数这些类型由于具有引用语义，因此不能作为映射的键。

2.3.2.基本操作

package main

import (
	"fmt"
)

func main() {
	// 初始化 map
	myMap := make(map[string]int)

	// 赋值
	myMap["apple"] = 1
	myMap["banana"] = 2
	myMap["cherry"] = 3

	// 读取
	value, ok := myMap["apple"]
	if ok {
		fmt.Println("apple:", value)
	} else {
		fmt.Println("apple not found")
	}

	// 删除
	delete(myMap, "banana")
	if _, ok := myMap["banana"]; !ok {
		fmt.Println("banana has been deleted")
	}

	// 遍历
	fmt.Println("Iterating over map:")
	for key, value := range myMap {
		fmt.Println(key, value)
	}

	// 获取大小
	size := len(myMap)
	fmt.Println("Size of map:", size)

	// 检查键是否存在
	if _, exists := myMap["cherry"]; exists {
		fmt.Println("cherry exists in the map")
	} else {
		fmt.Println("cherry does not exist in the map")
	}

	// 预分配空间
	myMapPreallocated := make(map[string]int, 5)
	myMapPreallocated["orange"] = 5
	fmt.Println("Preallocated map size:", len(myMapPreallocated))

	// 清空 map
	for key := range myMapPreallocated {
		delete(myMapPreallocated, key)
	}
	fmt.Println("Map after clearing:", myMapPreallocated)
}

2.3.3.在函数间传递映射

映射是引用类型，因此在函数间传递映射时，传递的是映射的引用。这意味着，如果在函数内部修改了映射的内容，这些修改将会影响到原始的映射。

下面是一个示例，展示了如何在函数间传递映射，并在函数内部修改映射

package main

import "fmt"

// AddItem 向映射中添加一个元素
func AddItem(itemMap map[string]int, key string, value int) {
	itemMap[key] = value // 添加或更新键值对
}

// RemoveItem 从映射中删除一个元素
func RemoveItem(itemMap map[string]int, key string) {
	delete(itemMap, key) // 删除键值对
}

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

	// 向映射中添加元素
	AddItem(myMap, "apple", 1)
	AddItem(myMap, "banana", 2)

	// 打印映射
	fmt.Println("After adding items:")
	fmt.Println(myMap) // 输出： map[apple:1 banana:2]
	
	// 从映射中删除一个元素
	RemoveItem(myMap, "banana")
	// 打印映射
	fmt.Println("After removing an item:")
	fmt.Println(myMap) // 输出： map[apple:1]
}

3.第三方数据结构

由于官方提供的数据结构确实非常少，因此社区相关的数据结构实现非常多，下面列举几个比较有名的。

  • go-datastructures  这是一个集合，包含了许多有用的、性能优异的、线程安全的 Go 数据结构。例如，增强树、位数组、队列、斐波那契堆、区间树、集合等。
  • gods  Go 数据结构库，包含链表、栈、哈希表、树等。

http://www.kler.cn/news/337581.html

相关文章：

  • C++ 3D冒险游戏开发案例
  • 如何让算法拥有“记忆”？一文读懂记忆化搜索
  • 【重学 MySQL】五十二、MySQL8 新特性：计算列
  • 成都百洲文化传媒有限公司怎么样可靠不？
  • 机器学习——强化学习与深度强化学习
  • 【客户服务】万亿级智能客服系统架构设计与落地
  • 基于VITA57.1标准的8路SFP+光纤通道数据传输FMC子卡模块
  • 【计算机网络 - 基础问题】每日 3 题（二十九）
  • STM32CUBEIDE FreeRTOS操作教程（六）：recursive mutexes递归互斥信号量
  • 【devops】devops-ansible之剧本初出茅庐--搭建rsync和nfs
  • 【JAVA基础】集合类之HashSet的原理及应用
  • Charles安卓抓包环境配置
  • ChatGPT背景下，高职人工智能技术应用专业的人才培养
  • 约数个数约数之和
  • 数字图像处理：边缘检测
  • SpringBoot中使用Redis实现排行榜功能，并考虑到 当用户积分相同时，要求按最后更新时间升序
  • 【移动端】Viewport 视口
  • 图解Linux文件属性与目录配置
  • canvas：绘制点和点之间连线
  • HCIP--以太网交换安全（二）