go 语言映射(map)要点总结

本文转载于 SegmentFault 社区

作者：lioney

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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