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2020
02-13

go 语言映射(map)要点总结

No.1定义

•  Go语言中映射是一种字典类型的数据结构,类似于 c++ 和 java 中的 hashmap,用于存储一系列无序的键值对。
•  映射是基于键来存储值。映射的优势是能够基于键快速索引数据。键就像索引一样,指向与该键关联的值,在内存中键值对的关系如下图所示。


 •  和切片类似,映射维护的是底层数组的指针,属于引用类型。


No.2

内部实现

•  映射是一个集合,可以使用类似处理数组和切片的方式迭代映射中的元素。但映射是无序的,不能对键值对进行排序。即使按顺序保存,每次迭代的时候顺序也不一样。无序的原因是映射的实现使用了散列表。•  这个散列表是由 hmap 实现的,hmap 中维护着存储键值对的 bucket 数组,hmap 和 bucket 数组的关系如下图所示。
•  bucket 是一个链表结构,每一个 bucket 后面连接的 bucket 表示 bucket 容量不够用时进行扩容添加新的 bucket,bucket 的数据结构如下图所示。

 •  说到散列表,一定要有散列函数,散列函数是散列表中存取元素的关键。Go 语言的映射中也有这样的散列函数(或叫哈希函数),但是 Go 语言把散列函数计算出的散列值可以说是用到了极致。它把散列值分成了高 8 位和低 8 位两部分,如下图所示。

•  散列值的作用

低 8 位散列值:用于寻找当前 key 位于哪个 bucket;高 8 位散列值:用于寻找当前 key 位于 bucket 中的哪个位置。
•  映射的存取过程:在存储,删除或者查找键值对的时候,都要先将指定的键传给散列函数得到一个散列值,然后根据散列值的低 8 位选中对应的桶,最终再根据桶中的索引(散列值的高 8 位)将键值对分布到这个桶里。随着映射中存储的增加,索引分布越均匀,访问键值对的速度就越快。因此,映射通过设置合理数量的桶平衡键值对的分布。整个过程如下图所示。

•  键值对的存储方式:键值对的存储不是以 key1,value1,key2,value2 这样的形式存储,主要是为了在 key 和 value 所占字节长度不同的时候,可以消除 padding 带来的空间浪费。•  映射的扩容:当散列表的容量需要增长的时候,Go 语言会将 bucket 数组的容量扩充一倍,产生新的 bucket 数组,并将旧数据迁移到新数组。•  判断是否扩充的条件,就是散列表的加载因子,加载因子是一个阈值,表示散列表的空间利用率,Go 语言 map 中的加载因子计算公式为:map 长度 /2^B,阈值是 6.5,B 表示已扩容的次数。•  映射中数据的删除

如果 key 是指针类型的,直接将其置空,等待 GC 清除;如果是值类型的,则清除相关内存;对 value 做同样的操作;把 key 对应的索引置为空。

No.3

映射的创建



(1) 使用字面量创建

 

// 创建一个键为字符串类型,值为整形的map m1 := map[string]int{"last":2019, "now":2020} // 获取map中的元素 fmt.Println(m1["last"]) // 2019 fmt.Println(m1["now"]) // 2020 // 使用字面量创建一个空map m2 := map[string]string{}
    fmt.Println(m2) // map[]
映射的键的类型可以是内置类型,也可以是结构类型,但这个类型必须可以使用==运算符做比较。切片,函数以及包含切片的结构类型由于具有引用语义,不能作为映射的键,否则会造成编译错误。

(2) 使用内置的 make 函数来创建

 
m1 := make(map[int] string) // map的容量使用默认值 m1[1] = "lioney" m2 := make(map[int] string, 10) // map的容量使用给定值 m2[1] = "carlos" fmt.Println(m1[1]) // lioney fmt.Println(m2[1]) // carlos


No.4

映射支持的操作



•  map 中单个键值的访问格式为 mapName[key],可以用于获取或更新 map 中的元素  可以使用 for range 遍历 map 中的元素,不保证每次迭代顺序一致  删除 map 中的某个键值对,使用语法 delete(mapName, key)  使用内置函数 len() 获取 map 中保存的键值对数量,map 中不支持 cap() 函数
    



package main import "fmt" func main() { // 创建一个空的map m1 := make(map[int] string) // 向map中添加元素 m1[1] = "lioney" m1[2] = "carlos" m1[3] = "tom" // 从map中删除键为3的元素 delete(m1, 3) // len()表示map中键值对的数量 fmt.Println("len=", len(m1)) // 遍历map for k, v := range m1 {
            fmt.Println("key=", k, "value=", v)
        }
    }
上述代码编译后运行结果如下:
  
len= 2 key= 2 value= carlos
    key= 1 value= lioney
    
    Process finished with exit code 0


No.5

映射的使用要点



(1) 对 nil 映射赋值会产生运行时错误

和切片类似,映射在使用时必须对其底层数组进行初始化,要么使用 make 进行初始化,要么使用字面量初始化,如果只是简单地声明了一个 map,而没有进行初始化,就是 nil 映射,是不能对其赋值的,请看下面代码:

// 声明一个map var colors map[string]string // 将red加入colors colors["red"] = "#da137" // panic: assignment to entry in nil map

可以做如下修改

// 声明一个map var colors map[string]string // 对map进行初始化 colors = make(map[string]string) // 将red加入colors colors["red"] = "#da137" // no panic or error
也可以做如下修改:
// 使用字面量创建要给空map colors := map[string]string{} // 将red加入colors colors["red"] = "#da137" // no panic or error
强烈推荐使用第二种,因为用字面量创建 map 比较简洁而且比较快


(2) 从映射获取值并判断键是否存在


在 Go 语言里,通过键来索引值时,即便这个键不存在也会返回一个值,有时候我们需要判断获取到的值是否时默认的零值,代码如下所示。
  
// 使用字面量创建一个空map colors := map[string]string{} // 将red加入colors colors["red"] = "#da137" // 获取blue对应的值并判断是否为零值 value1, exists := colors["blue"] if exists {
        fmt.Println(value1)
    } // 也可以通过值直接判断是否为零值 value2 := colors["blue"] if value2 != "" {
        fmt.Println(value2)
    }

(3) 在函数间传递映射


package main import ( "fmt" "unsafe" ) func foo(m map[string]string) { // 打印参数的大小 fmt.Println("参数大小", unsafe.Sizeof(m)) // 删除键为green的元素 delete(m, "green")
    } func main() { // 使用字面量创建一个空map colors := map[string]string{} // 将red加入colors colors["red"] = "#da137" colors["coral"] = "#ff7f50" colors["green"] = "#228b22" // 调用foo函数 foo(colors) // 遍历打印map for k, v := range colors {
            fmt.Println("key=", k, "value=", v)
        }
    }
编译并运行以上代码,结果如下:
  
参数大小 8 key= red value= #da137 key= coral value= #ff7f50 Process finished with exit code 0

映射是引用类型的数据结构,在函数间传递映射的时候,不会拷贝映射底层的数据,从上面代码的运行结果可以看出,只传递了一个 8 字节大小的指针,实际上,map 类型就是一个指针类型,函数对映射的操作都是通过这个指针间接进行的,因此对映射中数据的修改,其它引用到该映射的地方也能感知到。


(4) 修改映射中的结构体类型,必须整体赋值(!!!)

    



package main import "fmt" type User struct {
        name string age int } func main() {
        m := make(map[int]User)
        user := User{
            name: "lioney",
            age: 18,
        } // 将user加入到map中 m[1] = user // 修改user // 不能通过map引用直接修改!!! //m[1].age = 2 // error: cannot assign to struct field m[1].age in map // 必须整体替换 user.age = 2 m[1] = user
        fmt.Println(m)
    }

(5) 并发问题


Go 语言内置的 map 不是并发安全的,若是在并发场景下以共享的形式访问 map 中的元素,必须加锁,要想使用并发安全的 map,可以使用 Go 语言标准库中 sync 包下提供的 map。

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