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feat(day02): 添加Go语言基础数据类型教程 新增map和slice详细教程,完善array和struct内容 - 新增map章节,详细介绍Go中map的概念、创建、操作和底层原理 - 新增slice章节,涵盖切片的创建、操作、引用特性和实际应用 - 完善array章节,添加数组作为函数参数、多维数组等内容 - 更新struct章节,修正标题错误并补充结构体定义说明 - 为各章节添加实践作业题目,增强学习效果 ```
This commit is contained in:
parent
f1fbed05d2
commit
54415d45ba
@ -90,4 +90,33 @@ func main() {
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1. 循环遍历(for)
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```go
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```
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```
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## 数组作为函数参数
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## 多维数组
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## 作业
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请同学们完成以下数组练习题,以巩固对Go语言数组的理解:
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1. **定义和初始化数组**
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定义一个包含5个整数的数组,初始化为1到5,并打印数组内容。
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2. **数组遍历**
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使用for循环遍历一个字符串数组,打印每个元素的索引和值。
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3. **数组拷贝**
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创建一个数组,拷贝到另一个数组,修改原数组的第一个元素,观察拷贝后的数组是否改变。
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4. **多维数组**
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定义一个3x3的整数二维数组,初始化为九宫格形式(1到9),并打印出来。
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5. **数组作为函数参数**
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编写一个函数,接受一个整数数组作为参数,计算并返回数组中所有元素的和。
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请将代码写在 `main.go` 文件中,并运行测试。
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236
day02/map/README.md
Normal file
236
day02/map/README.md
Normal file
@ -0,0 +1,236 @@
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# Map
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Go中的map是一种无序的键值对集合,底层基于哈希表实现。每个键必须是可比较的类型,值可以是任意类型。map提供快速的查找、插入和删除操作。
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## 核心概念
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map的底层实现是哈希表,通过键的哈希值快速定位值。键必须是可哈希的类型(如int、string、指针等),值可以是任意类型。map是引用类型,赋值时共享底层数据。
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```go
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// map的零值是nil,不能直接使用
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var m map[string]int // m == nil
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```
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## 创建和初始化
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**原理**:使用make创建map,指定初始容量可以提高性能。也可以使用字面量初始化。
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```go
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// 使用make创建
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m1 := make(map[string]int) // 空map
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m2 := make(map[string]int, 10) // 指定初始容量
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// 字面量初始化
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m3 := map[string]int{
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"apple": 5,
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"banana": 3,
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}
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fmt.Println(m3) // map[apple:5 banana:3]
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```
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## 访问元素
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**原理**:通过键访问值,如果键不存在,返回零值。可以使用第二个返回值检查键是否存在。
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```go
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m := map[string]int{"a": 1, "b": 2}
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value := m["a"] // 1
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fmt.Println(value)
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// 检查键是否存在
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if val, exists := m["c"]; exists {
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fmt.Println("存在:", val)
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} else {
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fmt.Println("不存在")
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}
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```
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## 修改和添加元素
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**原理**:直接赋值键即可添加或修改。如果键存在则修改,不存在则添加。
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```go
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m := make(map[string]int)
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m["key1"] = 10 // 添加
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m["key1"] = 20 // 修改
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fmt.Println(m) // map[key1:20]
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```
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## 删除元素
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**原理**:使用delete函数删除键值对。如果键不存在,delete不报错。
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```go
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m := map[string]int{"a": 1, "b": 2, "c": 3}
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delete(m, "b") // 删除键"b"
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fmt.Println(m) // map[a:1 c:3]
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delete(m, "d") // 删除不存在的键,无错误
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```
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## 遍历map
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**原理**:使用range遍历键值对。遍历顺序是随机的,不能依赖顺序。
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```go
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m := map[string]int{"a": 1, "b": 2, "c": 3}
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for key, value := range m {
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fmt.Printf("key: %s, value: %d\n", key, value)
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}
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// 只遍历键
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for key := range m {
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fmt.Println(key)
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}
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```
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## map是引用类型
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**原理**:map是引用类型,赋值时共享底层数据。修改一个会影响另一个。
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```go
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m1 := map[string]int{"a": 1}
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m2 := m1 // 共享底层数据
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m2["b"] = 2
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fmt.Println(m1) // map[a:1 b:2] m1也被修改
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fmt.Println(m2) // map[a:1 b:2]
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```
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## map作为函数参数
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**原理**:map作为参数传递时,是引用传递,函数内修改会影响调用者。
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```go
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func addEntry(m map[string]int, key string, value int) {
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m[key] = value
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}
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func main() {
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m := make(map[string]int)
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addEntry(m, "new", 42)
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fmt.Println(m) // map[new:42]
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}
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```
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## 扩展 Map的底层原理
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从Go 1.23开始,map的底层实现从传统的哈希表改为基于Swiss table的高性能实现,大幅提升了性能和内存效率。以下详细讲解其工作原理。
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### 1. Swiss Table结构
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Swiss table是一种现代的开放寻址哈希表设计,具有以下特点:
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- 每个桶包含一个控制字节数组和数据数组
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- 控制字节存储元数据(哈希值的高位、删除标记等)
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- 数据与控制字节分离,减少缓存未命中
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```
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Swiss Table结构示意图:
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+-------------------+ +-------------------+
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| 控制字节 (8字节) | | 数据槽位 (8个) |
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| [H1|H2|H3|H4|...]| | [k1,v1] [k2,v2]...|
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+-------------------+ +-------------------+
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| 桶0: 控制元数据 | --> | 桶0: 键值对数据 |
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+-------------------+ +-------------------+
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| 桶1: 控制元数据 | --> | 桶1: 键值对数据 |
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+-------------------+ +-------------------+
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```
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### 2. 哈希计算和定位
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**改进的哈希计算**:
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- 使用更快的哈希函数(AesHash或类似)
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- 哈希值分为高位和低位
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- 高位用于SIMD比较,低位用于定位
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```
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哈希计算过程:
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Key -> hash(key) -> [高7位: SIMD比较] [低位: 位置索引]
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```
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### 3. 插入和查找过程
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**查找优化**:
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1. 计算哈希值
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2. 使用SIMD指令并行比较控制字节
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3. 快速定位匹配的槽位
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**插入优化**:
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1. 查找空闲槽位
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2. 使用线性探测或二次探测
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3. 写入控制字节和数据
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```
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查找示意图(使用SIMD):
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Hash(Key) = 0xABCD1234
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控制字节 = 0xAB (高位)
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位置索引 = 0x1234 & 掩码
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控制字节数组: [AB|CD|EF|00|...]
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↑ SIMD比较找到匹配
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数据数组: [k1,v1] [k2,v2] [k3,v3] ...
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```
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### 4. 扩容机制
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**渐进式扩容**:
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- 当负载因子超过阈值时触发扩容
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- 新表大小为2的幂次
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- 每次操作迁移少量数据
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- 支持就地扩容(in-place rehashing)
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```
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扩容过程:
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旧表: 控制字节 [A|B|C|D] --> 数据 [k1,v1] [k2,v2] [k3,v3] [k4,v4]
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新表: 控制字节 [A|0|B|0|C|0|D|0] --> 数据 [k1,v1] [k2,v2] [k3,v3] [k4,v4]
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(插入空字节分隔)
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```
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### 5. 性能优势
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**相比传统哈希表**:
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- **更快的查找**:SIMD并行比较,减少分支预测失败
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- **更好的缓存利用**:控制字节和数据分离
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- **更低的内存开销**:更紧凑的布局
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- **抗哈希冲突**:更好的分布减少最坏情况
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```
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性能对比:
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操作 | 传统哈希表 | Swiss Table
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查找 | O(1) avg | O(1) faster
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插入 | O(1) avg | O(1) faster
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内存使用 | ~32字节/对 | ~24字节/对
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```
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## 总结
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map是Go中常用的数据结构,适合需要快速查找的场景。记住map是无序的,键必须可哈希,操作是引用传递的。
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## 作业
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请同学们完成以下map练习题,以巩固对Go语言map的理解:
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1. **创建和初始化map**
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创建一个map,键为string,值为int,初始化包含3个键值对,并打印map。
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2. **访问元素**
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给定map,检查某个键是否存在,如果存在打印值,否则打印"不存在"。
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3. **修改和添加**
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从空map开始,添加5个键值对,然后修改其中一个值。
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4. **删除元素**
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删除map中的一个元素,并打印删除前后的map。
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5. **遍历map**
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遍历map,计算所有值的和。
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6. **函数参数**
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编写一个函数,接受map作为参数,添加一个新键值对。
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请将代码写在 `main.go` 文件中,并运行测试。
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205
day02/slice/README.md
Normal file
205
day02/slice/README.md
Normal file
@ -0,0 +1,205 @@
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# 切片
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Go中的slice依赖于数组,它的底层就是数组,所以数组具有的优点, slice都有。 且slice支持可以通过append向slice中追加元素,长度不够时会动态扩展,通过再次slice切片,可以得到得到更小的slice结构,可以迭代、遍历等
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// runtime/slice.go
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type slice struct {
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array unsafe.Pointer // 数组指针
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len int // 长度
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cap int // 容量
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}
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每一个slice结构都由3部分组成:
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+ 容量(capacity): 即底层数组的长度,表示这个slice目前最多能扩展到这么长
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+ 长度(length):表示slice当前的长度,即当前容纳的元素个数
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+ 数组指针(array): 指向底层数组的指针
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比如创建一个长度为3,容量为5,int类型的切片
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```go
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s := make([]int, 3, 4)
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fmt.Println(a, len(s), cap(s)) // [0 0 0] 3 5
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```
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## 创建和初始化
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**原理**:切片是动态数组,底层基于固定大小的数组,可以根据需要动态扩容。创建时可以指定长度和容量。
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```go
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// 使用 make 创建切片:make([]类型, 长度, 容量)
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s1 := make([]int, 3, 5) // 长度3,容量5
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fmt.Println(s1, len(s1), cap(s1)) // [0 0 0] 3 5
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// 直接初始化
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s2 := []int{1, 2, 3} // 长度和容量都是3
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fmt.Println(s2, len(s2), cap(s2)) // [1 2 3] 3 3
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// 从数组创建切片
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arr := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
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s3 := arr[1:4] // 从索引1到3(不包括4)
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fmt.Println(s3, len(s3), cap(s3)) // [2 3 4] 3 4
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```
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## 切片访问
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**原理**:切片通过索引访问元素,索引从0开始。与数组类似,但更灵活。
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```go
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s := []int{10, 20, 30, 40, 50}
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// 通过索引访问元素
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fmt.Println(s[0]) // 10
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fmt.Println(s[2]) // 30
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// 修改元素
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s[1] = 25
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fmt.Println(s) // [10 25 30 40 50]
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```
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## nil和空切片
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**原理**:nil切片表示未初始化的切片,长度和容量都为0。空切片是已初始化的切片但不包含元素。两者在行为上略有不同。
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```go
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// nil 切片:未初始化的切片
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var s1 []int
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fmt.Println(s1 == nil) // true
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fmt.Println(len(s1), cap(s1)) // 0 0
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// 空切片:已初始化的空切片
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s2 := []int{}
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s3 := make([]int, 0)
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||||
fmt.Println(len(s2), cap(s2)) // 0 0
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||||
fmt.Println(len(s3), cap(s3)) // 0 0
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```
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## 往切片中添加元素
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||||
**原理**:使用append函数添加元素。如果容量不足,会自动扩容底层数组,通常容量翻倍增长。
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```go
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s := []int{1, 2}
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fmt.Println(s, len(s), cap(s)) // [1 2] 2 2
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||||
// 使用 append 添加元素
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s = append(s, 3)
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fmt.Println(s, len(s), cap(s)) // [1 2 3] 3 4 (容量自动扩容)
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// 添加多个元素
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s = append(s, 4, 5)
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fmt.Println(s) // [1 2 3 4 5]
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```
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||||
## 通过切片创建新的切片
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**原理**:切片操作创建新的切片视图,共享底层数组。新切片的长度是high-low,容量是原容量减去low。
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```go
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s := []int{0, 1, 2, 3, 4, 5}
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// 创建子切片:s[low:high] (不包括high)
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sub1 := s[1:4] // [1, 2, 3]
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fmt.Println(sub1)
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// 省略索引
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sub2 := s[:3] // [0, 1, 2]
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||||
sub3 := s[2:] // [2, 3, 4, 5]
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||||
sub4 := s[:] // [0, 1, 2, 3, 4, 5] 复制整个切片
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||||
```
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||||
## 遍历切片
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||||
**原理**:可以使用传统for循环或range关键字遍历。range返回索引和值,更简洁。
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```go
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s := []string{"apple", "banana", "cherry"}
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// 方法1:使用索引
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for i := 0; i < len(s); i++ {
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fmt.Println(i, s[i])
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}
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||||
// 方法2:使用 range(推荐)
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for index, value := range s {
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||||
fmt.Println(index, value)
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||||
}
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```
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||||
## slice是引用类型
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||||
**原理**:切片是引用类型,赋值时复制切片头,但共享底层数组。修改一个会影响另一个。
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```go
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s1 := []int{1, 2, 3}
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s2 := s1 // s2 指向同一个底层数组
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s2[0] = 99
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fmt.Println(s1) // [99 2 3] s1 也被修改了
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fmt.Println(s2) // [99 2 3]
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```
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## 切片拷贝
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**原理**:使用copy函数进行深拷贝,创建独立的数据副本。修改拷贝后的切片不会影响原切片。
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```go
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s1 := []int{1, 2, 3}
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||||
s2 := make([]int, len(s1))
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||||
copy(s2, s1) // 拷贝元素到 s2
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s2[0] = 99
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fmt.Println(s1) // [1 2 3] s1 不变
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fmt.Println(s2) // [99 2 3]
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||||
```
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||||
## 切片作为函数参数
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||||
**原理**:切片作为参数传递时,是引用传递,函数内修改会影响调用者。高效但需注意副作用。
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```go
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func sum(nums []int) int {
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total := 0
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for _, num := range nums {
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total += num
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}
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return total
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}
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||||
func main() {
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s := []int{1, 2, 3, 4, 5}
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||||
result := sum(s)
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||||
fmt.Println(result) // 15
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||||
}
|
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```
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## 总结
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切片是 Golang 中比较有特色的一种数据类型,既为我们操作集合类型的数据提供了便利的方式,是又能够高效的在函数间进行传递,因此在代码中切片类型被使用的相当广泛
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## 作业
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请同学们完成以下切片练习题,以巩固对Go语言切片的理解:
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1. **创建和初始化切片**
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创建一个字符串切片,包含"Go", "Python", "Java",并打印长度和容量。
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2. **切片操作**
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||||
给定切片[]int{1,2,3,4,5},创建子切片包含第2到第4个元素(不包括第4个),并打印结果。
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3. **添加元素**
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从空切片开始,使用append添加5个整数,观察长度和容量的变化。
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4. **遍历切片**
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||||
遍历一个整数切片,计算所有元素的和。
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5. **切片拷贝**
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||||
创建一个切片,拷贝到另一个切片,修改原切片,验证拷贝是否独立。
|
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||||
6. **函数参数**
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||||
编写一个函数,接受字符串切片作为参数,将所有字符串转换为大写并返回新切片。
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||||
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||||
请将代码写在 `main.go` 文件中,并运行测试。
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||||
BIN
day02/slice/image-1.png
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BIN
day02/slice/image-1.png
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After Width: | Height: | Size: 45 KiB |
@ -1,7 +1,18 @@
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# 结构体
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## 子针数组(重要: 95%)
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我们前面介绍的数组 只能保存同一种类型的数据, 当我们需要记录多种不同类型的数据时,我们该怎么办?
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结构体就是用于解决这个问题的, 结构体是由一系列具有相同类型或不同类型的数据构成的数据集合, 方便容量我们的任意类型的数据
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## 结构体的定义
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## 指针数组(重要: 95%)
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指针数组: 创建一个数组,里面存放指针,指针指向数组的某一个元素
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@ -16,5 +27,5 @@ type Person struct {}
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```
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## 子针数组的copy
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## 指针数组的拷贝
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BIN
day02/struct/image.png
Normal file
BIN
day02/struct/image.png
Normal file
Binary file not shown.
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