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Golang: 内建容器的用法

golang
297 2022-12-17

1.数组

数组是值类型

[10]int 和 [20]int是不同类型

调用func(arr [10]int)会拷贝数组

在go语言中一般不直接使用数据


package main

import "fmt"

func updateArr(arr *[5]int) {

	arr[0] = 100

}

func updateArrThroughSlice(arr []int)  {

	arr[0] = 100

}

func main() {

	//创建一个数据

	var arr [5]int

	arr2 := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}

	//长度让编译器来数

	arr3 := [...]int{1, 2, 3, 4, 5}

	//[0 0 0 0 0] [1 2 3 4 5] [1 2 3 4 5]

	fmt.Println(arr, arr2, arr3)

	//定义二维数组 4行5列

	var arr4 [4][5]int

	//[[0 0 0 0 0] [0 0 0 0 0] [0 0 0 0 0] [0 0 0 0 0]]

	fmt.Println(arr4)

	//遍历数据

	//for i:=0;i<len(arr3);i++{

	//	fmt.Println(arr3[i])

	//}

	for num, v := range arr2 {

		fmt.Printf("第%d个元素为:%d\n", num, v)

	}

	//数据是值类型,通过指针可以改变值的大小

	fmt.Println("update before")

	fmt.Println(arr2)

	updateArr(&arr2) //传入arr3的地址

	fmt.Println("update after")

	fmt.Println(arr2)

	

	//通过Slice改变数据

	fmt.Println("update before")

	fmt.Println(arr3)

	updateArrThroughSlice(arr3[:]) //传入Slice

	fmt.Println("update after")

	fmt.Println(arr3)

}

2.Slice(切片)

2.1 Slice的实现

Slice本身没有数据,是对底层array的一个view

Slice内部有个指针(ptr)指向开头的元素,Slice有长度(len),容量(cap);cap代表从指针(ptr)开始到数组(arr)末尾的长度,Slice在扩展的时候不能超过cap.


package main

import "fmt"

func updateSlice(s []int) {

	s[0] = 100

}

func main() {

	arr := [...]int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}

	//创建一个Slice

	s1 := arr[:]

	s2 := arr[2:6]

	fmt.Printf("s1:%v\ns2:%v\n", s1, s2)

	//改变Slice内部元素

	updateSlice(s2)

	fmt.Println(s2)

	//ReSlice:对Slice再进行一次Slice操作

	s3 := s1[:5]

	fmt.Println(s3)

	s3 = s3[:2]

	fmt.Println(s3)

}

2.2 Slice的扩展

s[i]不可以超越len(i),向后扩展不可以超过底层数组cap(s)


package main

import "fmt"

func updateSlice(s []int) {

	s[0] = 100

}

func main() {

	arr := [...]int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}

	fmt.Printf("arr=%v\n", arr)

	//Extending Slice 不能超过cap(s)

	s1 := arr[2:6]

	fmt.Printf("s1=%v, len(s1)=%d, cap(s1)=%d\n", s1, len(s1), cap(s1))

	s2 := s1[3:5]

	fmt.Printf("s2=%v, len(s2)=%d, cap(s2)=%d\n", s2, len(s2), cap(s2))

	// s[i]不能超过len(s)

	fmt.Printf("get Slice element:%v",s2[1])

	//panic: runtime error: index out of range [2] with length 2

	//fmt.Printf("get Slice element:%v",s2[2])

}

2.2 Slice的其它操作

向Slice添加元素


package main

import "fmt"

//查看操作系统怎么扩充Slice的cap

func printSlice(s []int) {

	fmt.Printf("%v, len=%d, cap=%d\n", s, len(s), cap(s))

}

func main() {

	arr := [...]int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}

	//添加元素时如果超越cap,系统会重新分配更大的底层数组

	//由于值传递的关系,必须接收append的返回值

	// s = append(s,val)

	s1 := arr[2:]

	fmt.Printf("s1=%v\n", s1)

	s2 := s1[3:5] //[s1[3], s1[4]]

	fmt.Printf("s2=%v, len(s2)=%d, cap(s2)=%d\n", s2, len(s2), cap(s2))

	s3 := append(s2, 10)

	s4 := append(s3, 11)

	s5 := append(s4, 12)

	fmt.Printf("s3=%v, s4=%v, s5=%v\n", s3, s4, s5)

	// s4 and s5 no longer view arr

	fmt.Printf("arr=%v\n", arr)

	//创建一个Slice

	var s []int

	//Zero value for slice is nil

	for i := 0; i < 100; i++ {

		printSlice(s)

		s = append(s, i*2+1)

	}

	fmt.Println(s)

}

Slice的copy,添加,删除元素操作


package main

import (

	"fmt"

)

//查看操作系统怎么扩充Slice的cap

func printSlice(str string, s []int) {

	fmt.Printf("%s=%v, len=%d, cap=%d\n", str, s, len(s), cap(s))

}

func main() {

	//初始化slice

	s1 := []int{2, 4, 6, 8}

	fmt.Println(s1)

	//[2 4 6 8]

	//创建一个len为16的Slice

	s2 := make([]int, 16)

	//创建一个len为10,cap为32的Slice

	s3 := make([]int, 10, 32)

	printSlice("s2", s2)

	//[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0], len=16, cap=16

	printSlice("s3", s3)

	//[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0], len=10, cap=32

	//拷贝Slice

	fmt.Println("Copying Slice")

	//dst src

	copy(s2, s1)

	printSlice("s2", s2)

	//[2 4 6 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0], len=16, cap=16

	//删除Slice中的元素

	fmt.Println("Deleting element from slice")

	//删除下标为3的元素

	//通过...append s2下标为4后的元素

	s2 = append(s2[:3], s2[4:]...)

	printSlice("s2", s2)

	//删除头尾元素

	fmt.Println("Popping from front")

	front := s2[0]

	s2 = s2[1:]

	fmt.Println(front)

	fmt.Println(s2)

	fmt.Println("Popping from back")

	tail := s2[len(s2)-1]

	s2 = s2[:len(s2)-1]

	fmt.Println(tail)

	fmt.Println(s2)

}

3.Map

3.1 Map的操作

创建: make(map[string]int)

获取元素:m[key]

key不存在时,获得Value类型的初始值

用value,ok := m[key]来判断是否存在key

用delete删除一个key

使用range遍历key,或者遍历key, value对

不保证遍历顺序,如需顺序,需手动对key排序

使用len获得元素个数


package main

import "fmt"

func main() {

	//创建一个map

	//map中的key是无序的,是一个HashMap

	m := map[string]string{

		"name":    "Cocktail_py",

		"course":  "golang",

		"site":    "CSDN",

		"quality": "pretty well",

	}

	m2 := make(map[string]int) // m2 = empty map

	var m3 map[string]int      // m3 == nil

	fmt.Println(m, m2, m3)

	fmt.Println("Traversing map")

	for k, v := range m {

		fmt.Println(k, v)

	}

	//map 操作

	//获取元素:m[key]

	fmt.Println("Getting values")

	courseName, ok := m["course"]

	fmt.Println(courseName, ok)

	

	//当key不存在

	if courName, ok := m["courName"]; ok {

		fmt.Println(courName) // Zero value

	} else {

		fmt.Println("key does not exist")

	}

	

	fmt.Println("Deleting values")

	delete(m, "name")

	name, ok := m["name"]

	fmt.Println(name, ok)

}

3.2 Map的key

map使用哈希表,必须可以比较相等

除了Slice,map,function的内建类型都可以作为key

Struct类型不包含上述字段,也可作为key

3.3 Map的例题:寻找最长不含有重复字符的子串


/*

当前一个字符串,从左往后开始扫描,只要扫描一遍就可以,如果扫到X的位置,看到一个字母X应该怎么做呢

首先,记录一个start表示当前找到的最长不含有重复字符的子串的开始,保证start到X之前的子串是不含有重复字符的,

之后,需要查看从start到X-1这个位置之间有没有X,使用一个叫lastOccurred[x]记录X最后出现的位置在哪里,使用map会有三种情况:1.x重来没有出现过,或者x出现在start之前,若x出现在start之前,最长的子串+1; 2.lastOccurred[x]出现在start到X中间,更新start位置,start指向lastOccurred[x+1]的位置

*/

package main

import "fmt"

func lengthOfNonRepeatingSubStr(s string)int  {

	lastOccurred := make(map[byte]int)

	start := 0

	maxLength := 0

	//遍历字符串 go语言中char类型是使用了一种rune(32位)类型

	for x, ch := range []byte(s){

		//lastOccurred[ch]有可能不存在;若不存在出现0,会影响运算

		if lastl, ok:= lastOccurred[ch];ok && lastl >= start{

			start = lastl + 1

		}

		//stat到i结束

		if x-start + 1 > maxLength{

			maxLength = x -start + 1

		}

		lastOccurred[ch] = x

	}

	return maxLength

}

func main() {

	fmt.Println(lengthOfNonRepeatingSubStr("hellohello"))

}

4.rune

rune相当于go的char

使用range遍历pos,rune对

使用utf8.RuneCountlnString获得字符数量

使用len获得字节长度

使用[]byte获得字节


package main

import (

	"fmt"

	"unicode/utf8"

)

func main() {

	//英文占一个字节,中文占三个字节

	s := "yes我爱CSDN!"

	fmt.Println(len(s)) // 14

	//%X十六进制,大写字符,每个字节两个字符

	//796573E68891E788B14353444E21

	fmt.Printf("%X\n",[]byte(s))

	//%T 相应值的类型

	//使用for range遍历字符串时,会默认将byte(int8)类型转化为rune(int32)类型,因为go采用UTF-8编码 可变长的编码

	for _,b := range s{

		fmt.Printf("%T %X\n",b,b)

	}

	for _,b := range []byte(s){

		fmt.Printf("%T %X\n",b,b)

	}

	//打印字符的个数

	fmt.Println("Rune count:",utf8.RuneCountInString(s))

	bytes := []byte(s)

	fmt.Println(bytes)

	for len(bytes) > 0{

		ch,size := utf8.DecodeRune(bytes)

		bytes = bytes[size:]

		//相应Unicode码点所表示的字符

		fmt.Printf("%c",ch)

	}

	//获取第几个字符是谁

	for i, ch := range []rune(s) {

		fmt.Printf("(%d %c) ", i, ch)

	}

	fmt.Println()

}

4.1 Map的例题:寻找最长不含有重复字符的子串(国际版)


//国际版

func lengthOfNonRepeatingSubStr(s string) int {

	lastOccurred := make(map[rune]int)

	start := 0

	maxLength := 0

	//遍历字符串 go语言中char类型是使用了一种rune(32位)

	//for i, ch := range s{

	for i, ch := range []rune(s) {

		//lastOccurred[ch]有可能不存在;若不存在出现0,会影响运算

		if lastI, ok := lastOccurred[ch]; ok && lastI >= start {

			start = lastI + 1

		}

		//start到i结束

		if i-start+1 > maxLength {

			maxLength = i - start + 1

		}

		lastOccurred[ch] = i

	}

	return maxLength

}

补充:Golang 容器的学习与实践

Golang 提供了几个简单的容器供我们使用,本文在介绍几种 Golang 容器的基础上,实现一个基于 Golang 容器的LRU算法。

容器介绍

Golang 容器位于 container 包下,提供了三种包供我们使用,heap、list、ring. 下面我们分别学习。

heap

heap 是一个堆的实现。一个堆正常保证了获取/弹出最大(最小)元素的时间为log n、插入元素的时间为 log n.

Golang堆实现接口如下:


// src/container/heap.go

type Interface interface {

 sort.Interface

 Push(x interface{}) // add x as element Len()

 Pop() interface{} // remove and return element Len() - 1.

}

heap 是基于 sort.Interface 实现的。


// src/sort/

type Interface interface {

 Len() int

 Less(i, j int) bool

 Swap(i, j int)

}

因此,如果要使用官方提供的 heap,需要我们实现如下几个接口:


Len() int {} // 获取元素个数

Less(i, j int) bool  {} // 比较方法

Swap(i, j int) // 元素交换方法

Push(x interface{}){} // 在末尾追加元素

Pop() interface{} // 返回末尾元素

然后在使用时,我们可以使用如下几种方法:


// 初始化一个堆

func Init(h Interface){}

// push一个元素倒堆中

func Push(h Interface, x interface{}){}

// pop 堆顶元素

func Pop(h Interface) interface{} {}

// 删除堆中某个元素,时间复杂度 log n

func Remove(h Interface, i int) interface{} {}

// 调整i位置的元素位置(位置I的数据变更后)

func Fix(h Interface, i int){}

list 链表

list 实现了一个双向链表,链表不需要实现 heap 类似的接口,可以直接使用。

链表的构造:


// 返回一个链表对象

  func New() *List {}

官方提供了丰富的方法供我们操作列表,方法如下:


// 返回链表的长度

func (l *List) Len() int {}

// 返回链表中的第一个元素

func (l *List) Front() *Element {}

// 返回链表中的末尾元素

func (l *List) Back() *Element {}

// 移除链表中的某个元素

func (l *List) Remove(e *Element) interface{} {}

// 在表头插入值为 v 的元素

func (l *List) PushFront(v interface{}) *Element {}

// 在表尾插入值为 v 的元素

func (l *List) PushBack(v interface{}) *Element {}

// 在mark之前插入值为v 的元素

func (l *List) InsertBefore(v interface{}, mark *Element) *Element {}

// 在mark 之后插入值为 v 的元素

func (l *List) InsertAfter(v interface{}, mark *Element) lement {}

// 移动e某个元素到表头

func (l *List) MoveToFront(e *Element) {}

// 移动e到队尾

func (l *List) MoveToBack(e *Element) {}

// 移动e到mark之前

func (l *List) MoveBefore(e, mark *Element) {}

// 移动e 到mark 之后

func (l *List) MoveAfter(e, mark *Element) {}

// 追加到队尾

func (l *List) PushBackList(other *List) {}

// 将链表list放在队列前

func (l *List) PushFrontList(other *List) {}

我们可以通过 Value 方法访问 Element 中的元素。除此之外,我们还可以用下面方法做链表遍历:


// 返回下一个元素

func (e *Element) Next() *Element {}

// 返回上一个元素

func (e *Element) Prev() *Element {}

下面是队列的遍历的例子:

// l 为队列,

for e := l.Front(); e != nil; e = e.Next() {

  //通过 e.Value 做数据访问

}

ring 循环列表

container 中的循环列表是采用链表实现的。


// 构造一个包含N个元素的循环列表

func New(n int) *Ring {}

// 返回列表下一个元素

func (r *Ring) Next() *Ring {}

// 返回列表上一个元素

func (r *Ring) Prev() *Ring {}

// 移动n个元素 (可以前移,可以后移)

func (r *Ring) Move(n int) *Ring {}

// 把 s 链接到 r 后面。如果s 和r 在一个ring 里面,会把r到s的元素从ring 中删掉

func (r *Ring) Link(s *Ring) *Ring {}

// 删除n个元素 (内部就是ring 移动n个元素,然后调用Link)

func (r *Ring) Unlink(n int) *Ring {}

// 返回Ring 的长度,时间复杂度 n

func (r *Ring) Len() int {}

// 遍历Ring,执行 f 方法 (不建议内部修改ring)

func (r *Ring) Do(f func(interface{})) {}

访问 Ring 中元素,直接 Ring.Value 即可。

容器的使用

下面,我们通过 map 和 官方包中的双向链表实现一个简单的 lru 算法,用来熟悉golang 容器的使用。

LRU 算法 (Least Recently Used),在做缓存置换时用的比较多。逐步淘汰最近未使用的 cache,而使我们的缓存中持续保持着最近使用的数据。


package main 

import "fmt"

import "container/list"

 

// lru 中的数据

type Node struct {

  K, V interface{}

}

 

// 链表 + map

type LRU struct {

  list *list.List

  cacheMap map[interface{}]*list.Element

  Size int

}

 

// 初始化一个LRU

func NewLRU(cap int) *LRU {

  return &LRU{

    Size: cap,

    list: list.New(),

    cacheMap: make(map[interface{}]*list.Element, cap),

  }

}

 

// 获取LRU中数据

func (lru *LRU) Get(k interface{}) (v interface{}, ret bool) {

  // 如果存在,则把数据放到链表最前面

  if ele, ok := lru.cacheMap[k]; ok {

    lru.list.MoveToFront(ele)

    return ele.Value.(*Node).V, true

  }

  return nil, false

}

// 设置LRU中数据

func (lru *LRU) Set(k, v interface{}) {

  // 如果存在,则把数据放到最前面

  if ele, ok := lru.cacheMap[k]; ok {

    lru.list.MoveToFront(ele)

    ele.Value.(*Node).V = v // 更新数据值

    return

  }

  // 如果数据是满的,先删除数据,后插入

  if lru.list.Len() == lru.Size {

    last := lru.list.Back()

    node := last.Value.(*Node)

    delete(lru.cacheMap, node.K)

    lru.list.Remove(last)

  }  ele := lru.list.PushFront(&Node{K: k, V: v})

  lru.cacheMap[k] = ele

}

注意事项

上述的容器都不是 goroutines 安全的

1、上面的lr 也不是 goroutines 安全的

2、Ring 中不建议在 Do 方法中修改 Ring 的指针,行为是未定义的