【A Tour of Go】基本編③ 〜構造体、配列、スライス、マップ〜

公式の A Tour of Go ではじめて Go 言語を触ってみました。
以下、構造体、配列、スライス、マップについて学んだことのメモ。

前回の記事はこちら

ポインタ

• ポインタは値のメモリアドレスを指す
• 変数Tのポインタは*T型で、ゼロ値はnil

var p *int

• &演算子は、そのオペランドへのポインタを引き出す

i := 42
p = &i

• *演算子は、ポインタの指す先の変数を示す（間接参照）

fmt.Println(*p)
*p = 21 // ポインタ p を介して i へ値を代入する

構造体

構造体とは

• 構造体（struct）は、フィールドの集まり

package main

import "fmt"

type Vertex struct {
	X int
	Y int
}

func main() {
	fmt.Println(Vertex{1, 2}) // {1 2}
}

フィールドへのアクセス

• 構造体のフィールドは、ドット.を用いてアクセスする

package main

import "fmt"

type Vertex struct {
	X int
	Y int
}

func main() {
	v := Vertex{1, 2}
	v.X = 4
	fmt.Println(v.X) // 4
}

• 構造体のフィールドは、構造体のポインタを通してアクセスすることができる
  • フィールドXを持つ struct のポインタp
  • フィールドXを間接参照するには(*p).X
  • しかしこの表記は面倒なので、Goでは代わりにp.Xと書ける

package main

import "fmt"

type Vertex struct {
	X int
	Y int
}

func main() {
	v := Vertex{1, 2}
	p := &v  // ポインタ
	p.X = 1e9 // Xへの間接参照 (*p).X
	fmt.Println(v) // {1000000000 2}
}

構造体リテラル

• 構造体を初期化する方法
  • フィールドの初期値を{}内に列挙
  • {Name: }構文を使う

package main

import "fmt"

type Vertex struct {
	X, Y int
}

var (
	v1 = Vertex{1, 2} // has type Vertex
	v2 = Vertex{X: 1} // Y:0 is implicit
	v3 = Vertex{}     // X:0 and Y:0
	p = &Vertex{1, 2} // has type *Vertex

func main() {
	fmt.Println(v1, p, v2, v3)
}

配列

配列とは

• [n]T型は、型Tのn個の変数の配列を表す
• 固定長

package main

import "fmt"

func main() {
	var a [2]string
	a[0] = "Hello"
	a[1] = "World"
	fmt.Println(a[0], a[1])
	fmt.Println(a)

	primes := [6]int{2, 3, 5, 7, 11, 13}
	fmt.Println(primes)
}

スライス

スライスとは

• 型[]Tは型Tのスライスを表す
• 可変長
• より柔軟な配列と見なすことができる
• 配列からスライスを抜き出す方法
  • a[low:high]
  • lowを含むがhighは含まない（右半開区間）
  • aの要素のうち1から3を含むスライスを作る例: a[1:4]

package main

import "fmt"

func main() {
	primes := [6]int{2, 3, 5, 7, 11, 13}

	var s []int = primes[1:4]
	fmt.Println(s)
}

• スライスは配列への参照のようなもの
  • スライスはどんなデータも格納しておらず、単に元の配列の部分列を指し示している
  • スライスの要素を変更すると、その元のなる配列の対応する要素が変更される

package main

import "fmt"

func main() {
	names := [4]string{
		"John",
		"Paul",
		"George",
		"Ringo",
	}
	fmt.Println(names)

	a := names[0:2] // [John Paul]
	b := names[1:3] // [Paul George]
	fmt.Println(a, b)

	b[0] = "XXX"
	fmt.Println(a, b)
	fmt.Println(names)
}

スライスリテラル

• 長さのない配列リテラルのようなもの
• []bool{true, true, false}
  • まず配列 [3]bool{true, true, false}を作成
  • 次にこの配列を参照するスライスを作成

package main

import "fmt"

func main() {
	q := []int{2, 3, 5, 7, 11, 13}
	fmt.Println(q)

	r := []bool{true, false, true, true, false, true}
	fmt.Println(r)

	s := []struct { // 構造体のスライスリテラル
		i int
		b bool
	}{
		{2, true},
		{3, false},
		{5, true},
		{7, true},
		{11, false},
		{13, true},
	}
	fmt.Println(s)
}

スライスの既定値

• 配列var a [10]intにおいて以下のスライスは全て等価
  • a[0:10]
  • a[:10]
  • a[0:]
  • a[:]

package main

import "fmt"

func main() {
	s := []int{2, 3, 5, 7, 11, 13}

	s = s[1:4] // [3 5 7]
	fmt.Println(s)

	s = s[:2] // [3 5]
	fmt.Println(s)

	s = s[1:] // [5]
	fmt.Println(s)
}

スライスの長さと容量

• 長さ: スライスに含まれる要素の数
  • len(s)で取得
• 容量: スライスの最初の要素から数えた元の配列の要素数
  • cap(s)で取得

package main

import "fmt"

func main() {
	s := []int{2, 3, 5, 7, 11, 13}
	printSlice(s) // len=6 cap=6 [2 3 5 7 11 13]

	// Slice the slice to give it zero length.
	s = s[:0]
	printSlice(s) // len=0 cap=6 []

	// Extend its length.
	s = s[:4]
	printSlice(s) // len=4 cap=6 [2 3 5 7]

	// Drop its first two values.
	s = s[2:]
	printSlice(s) // len=2 cap=4 [5 7]

	// Extend its length more than the capacity
	s = [:5]
	printSlice(s) // error: slice bounds out of range [:5] with capacity 4
}

func printSlice(s []int) {
	fmt.Printf("len=%d cap=%d %v\n", len(s), cap(s), s)
}

スライスのゼロ値

• スライスのゼロ値はnil
• 0の長さ、0の容量、元の配列を持たない

make関数によるスライスの生成

• make関数はゼロ化された配列を用意し、その配列を指すスライスを返す
• 2番目の引数は長さ、3番目の引数は容量

package main

import "fmt"

func main() {
	a := make([]int, 5)
	printSlice("a", a) // len=5 cap=5 [0 0 0 0 0]

	b := make([]int, 0, 5)
	printSlice("b", b) // len=0 cap=5 []

	c := b[:2]
	printSlice("c", c) // len=2 cap=5 [0 0]

	d := c[2:5]
	printSlice("d", d) // len=3 cap=3 [0 0 0]
}

func printSlice(s string, x []int) {
	fmt.Printf("%s len=%d cap=%d %v\n",
		s, len(x), cap(x), x)
}

スライスのスライス

package main

import (
	"fmt"
	"strings"
)

func main() {
	// Create a tic-tac-toe board.
	board := [][]string{ // スライスリテラル、ただし[][]
		[]string{"_", "_", "_"}, // スライスリテラル
		[]string{"_", "_", "_"}, // スライスリテラル
		[]string{"_", "_", "_"}, // スライスリテラル
	}

	// The players take turns.
	board[0][0] = "X"
	board[2][2] = "O"
	board[1][2] = "X"
	board[1][0] = "O"
	board[0][2] = "X"

	for i := 0; i < len(board); i++ {
		fmt.Printf("%s\n", strings.Join(board[i], " "))
	}
}

スライスへの要素の追加

• スライスへ新しい要素を追加するには、組み込みのappend関数を使う
• appendの戻り値はスライス
• 元の配列の容量が小さい場合は、より大きな容量の配列を割り当て直す
  • 戻り値となるスライスは、新しい割当先を示すようになる

package main

import "fmt"

func main() {
	var s []int
	printSlice(s) // len=0 cap=0 []

	// append works on nil slices.
	s = append(s, 0)
	printSlice(s) // len=1 cap=1 [0]

	// The slice grows as needed.
	s = append(s, 1)
	printSlice(s) // len=2 cap=2 [0]

	// We can add more than one element at a time.
	s = append(s, 2, 3, 4)
	printSlice(s) // len=5 cap=6 [0 1 2 3 4]
}

func printSlice(s []int) {
	fmt.Printf("len=%d cap=%d %v\n", len(s), cap(s), s)
}

Range

• forループに利用するrangeは、スライスやマップをひとつずつ反復処理するために使う
• スライスをrangeで繰り返す場合、rangeは反復ごとに2つの変数を返す
  • 1つ目の変数: インデックス
  • 2つ目の変数: インデックスの場所の要素のコピー

package main

import "fmt"

var pow = []int{1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128}

func main() {
	for i, v := range pow {
		fmt.Printf("2**%d = %d\n", i, v)
	}
}

• インデックスや値は_へ代入することで捨てることができる

for i, _ := range pow
for _, value := range pow

// インデックスだけ必要なのであれば
for i := range pow

マップ

マップ（連想配列）とは

• mapはキーと値とを関連づける
• ゼロ値はnil
  • nilマップはキーを持っておらず、またキーを追加することもできない
• make関数は指定された型のマップを初期化して、使用可能な状態で返す

package main

import "fmt"

type Vertex struct {
	Lat, Long float64
}

var m map[string]Vertex
// var で宣言しただけの時点でキーを追加しようとすると
// panic: assignment to entry in nil map

func main() {
	m = make(map[string]Vertex)
	m["Bell Labs"] = Vertex{
		40.68433, -74.39967,
	}
	fmt.Println(m["Bell Labs"]) // {40.68433 -74.39967}
}

マップリテラル

• 構造体リテラルに似ているが、キーが必要

package main

import "fmt"

type Vertex struct {
	Lat, Long float64
}

var m = map[string]Vertex{
	"Bell Labs": Vertex{
		40.68433, -74.39967,
	},
	"Google": Vertex{
		37.42202, -122.08408,
	},
}

func main() {
	fmt.Println(m) // map[Bell Labs:{40.68433 -74.39967} Google:{37.42202 -122.08408}]
}

• もしmapに渡すトップレベルの型が単純な型名である場合は、リテラルの要素から推定できるので、その型名を省略することができる

var m = map[string]Vertex{
	"Bell Labs": {40.68433, -74.39967},
	"Google":    {37.42202, -122.08408},
}

マップの操作

• mapmへの操作
  • 要素の挿入や更新: m[key] = elem
  • 要素の取得: elem = m[key]
  • 要素の削除: delete(m, key)
  • キーに対する要素が存在するかどうかは2つ目の戻り値で確認: elem, ok = m[key]
    • mにkeyがある => ok は true
    • mにkeyがない => okは false
      • このときelemはmapの要素の型のゼロ値となる

package main

import "fmt"

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

	m["Answer"] = 42
	fmt.Println("The value:", m["Answer"]) // 42

	m["Answer"] = 48
	fmt.Println("The value:", m["Answer"]) // 48

	delete(m, "Answer")
	fmt.Println("The value:", m["Answer"]) // 0

	v, ok := m["Answer"]
	fmt.Println("The value:", v, "Present?", ok) // 0 false
}

関数

関数値

• Goの関数は変数である
• 引数や戻り値にとることができる

package main

import (
	  "fmt"
	  "math"
)

func compute(fn func(float64, float64) float64) float64 {
	// fn: 関数の引数に「関数値」をとることができる
	// fn の引数: float64, float64
	// fn の戻り値: float64
	return fn(3, 4) // 関数値は戻り値としても利用可能
}

func main() {
	hypot := func(x, y float64) float64 {
		return math.Sqrt(x*x + y*y)
	} // 関数も変数である（関数値）
	fmt.Println(hypot(5, 12))

	fmt.Println(compute(hypot)) // 関数 compute に関数を渡している
	fmt.Println(compute(math.Pow))
}

クロージャ

• Goの関数はクロージャである
  • 外部から変数を参照する関数値
    • クロージャは変数へ bind されている
  • 参照された変数にアクセスして変えることができる

package main

import "fmt"

func adder() func(int) int {
	sum := 0 // クロージャに参照されている変数
	return func(x int) int {
		sum += x
		return sum
	} // 変数 sum に bind されたクロージャを返している
}

func main() {
	pos, neg := adder(), adder()
	for i := 0; i < 10; i++ {
		fmt.Println(
			pos(i),
			neg(-2*i),
		)
		// 0 0
		// 1 -2
 		// 3 -6
 		// 6 -12
 		// 10 -20
	}
}

次回