【Go言語】新卒がまとめるスライスについて

この記事を書いた目的

qiitaの記事でスライスについての記事を眺めていて
sliceってなんぞや！
記事を見てもちょっと分からないということで
こちらを実際に解説しながら
capとlen、スライスについて
説明してみました。

そして自分は新卒プログラマーでGo歴1ヶ月目なので指摘等あれば幸いです。

⭐️スライスとは？

可変長配列を持たない代わりに実装された型。
配列全体のポインタ(ptr)、配列の長さ(len)、容量(cap)からなるデータ構造を保持している。

●型の宣言

var hoge []int
var hoge []int{1, 2, 3}
hoge := []int{1, 2, 3}

●動作確認

# 【slice.go】 #
package main

import (
    "fmt"
)

func main() {

    a := [5]string{"ドラえもん", "のび太", "しずかちゃん", "ジャイアン", "スネ夫"}
    b := a[:]
    c := a[2:4]

    fmt.Println(a)
    fmt.Println(b)
    fmt.Println(c)

    b[1] = "ドラミ"
    c[0] = "出木杉"

    fmt.Println(a)
    fmt.Println(b)
    fmt.Println(c)
}

# 【出力結果】 #
[ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫]
[ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫]
[しずかちゃん ジャイアン]
[ドラえもん ドラミ 出木杉 ジャイアン スネ夫]
[ドラえもん ドラミ 出木杉 ジャイアン スネ夫]
[出木杉 ジャイアン]

💡解説

まず取り出し方について事前解説

例	解説
a[:]	全要素
a[2:]	2番目後から最後まで
a[2:4]	2番目後から4番目まで
a[:5]	初めから5番目まで

a := [5]string{}
まず、aという配列に
- ドラえもん
- のび太
- しずかちゃん
- ジャイアン
- スネ夫
の５人が入りました

b := a[:]
bはaの全取り出しなので
- ドラえもん
- のび太
- しずかちゃん
- ジャイアン
- スネ夫
aと同じように表示されます

c := a[2:4]
cはaの2番目後から４番目を取り出しているので
- しずかちゃん
- ジャイアン
が表示

ここまでは普通に理解できますね。

b[1] = "ドラミ"
c[0] = "出木杉"

をすることによってなぜ
表示結果がaにも反映されるのか？

それはスライスに渡した部分列の要素は
元の配列のメモリ領域が共有されている為。
スライス型で要素を代入するということは
元の配列データに代入するということ。

よって
上記のコード

b[1] = "ドラミ"
c[0] = "出木杉"

によってbとcに代入すると
aにも反映されるということである。

⭐️組み込み関数

スライスでは組み込み関数として
- make()
- append()

が使える。

⭐️make関数

make(型, 要素数, 容量)
容量を省略すると、要素数==容量となる

●動作確認

# 【make.go】 #
package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    var a []int
    a = make([]int, 5, 10)
    fmt.Println(a)
    fmt.Println(len(a))
    fmt.Println(cap(a))
    for i, _ := range a {
        a[i] = i
    }
    fmt.Println(a)

    b := make([]int, 10)
    fmt.Println(b)
    fmt.Println(len(b))
    fmt.Println(cap(b))
}

# 【出力結果】 #
[0 0 0 0 0]
5
10
[0 1 2 3 4]
[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]
10
10

💡解説

make関数は
make(型, 要素数, 容量)で表現します
また、容量を省略すると要素数==容量となります。
上記でも述べている通りです。

[a]

a = make([]int, 5, 10)

型(int)
要素数(5)
容量(10)
ということが分かります。
なので表示は

[0 0 0 0 0]     //(a)
5               //len(a)
10              //cap(a)

[b]

b := make([]int, 10)

容量を省略しているので
型(int)
要素数(10)
容量(10)
ということが分かります。
なので表示は

[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]
10
10

⭐️append関数

append(スライス, データ1, データ2, ...)
指定したスライスの末尾に追加
スライスの要素数は自動で増えていく

●動作確認

# 【append.go】 #
package main

import (
  "fmt"
)

func main() {
  a := []string{"ドラえもん", "のび太", "しずかちゃん", "ジャイアン", "スネ夫"}
  fmt.Println(a)
  fmt.Println(len(a))
  fmt.Println(cap(a))

  a = append(a, "ミニドラ", "出木杉")
  fmt.Println(a)
  fmt.Println(len(a))
  fmt.Println(cap(a))

  a = append(a, "ジャイ子", "のび助", "玉子", "スネ吉")
  fmt.Println(a)
  fmt.Println(len(a))
  fmt.Println(cap(a))
}

# 【出力結果】 #
[ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫]
5
5
[ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫 ミニドラ 出木杉]
7
10
[ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫 ミニドラ 出木杉 ジャイ子 のび助 玉子 スネ吉]
11
20

💡解説

最大の特徴は
容量はいっぱいになった時、
現在の 容量を倍 にして確保してくれます。
配列のメモリアドレスは容量の拡張に伴い変更されます。

それを踏まえて解説します。

[パート1]

【append.go】
 a := []string{"ドラえもん", "のび太", "しずかちゃん", "ジャイアン", "スネ夫"}
 fmt.Println(a)
 fmt.Println(len(a))
 fmt.Println(cap(a))

【出力】
[ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫]
5
5

これであれば分かりやすいですね
aには５人のキャラクターがいるので
len(５)
cap(５)
となります

[パート2]

【append.go】
  a = append(a, "ミニドラ", "出木杉")
  fmt.Println(a)
  fmt.Println(len(a))
  fmt.Println(cap(a))

【出力】
[ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫 ミニドラ 出木杉]
7
10

指定が無いので末尾に追加されているのが分かります。
capに注目してみましょう。

一番最初は
len(5)
cap(5)
であったaですが
最初のlenの長さをオーバーした為
自動で倍に容量を増やしてくれているのが分かります。

パート３も同様です。

『ではもし容量が確保されていないとどうなる？？？
容量って気にする必要ある？』

という事で実験をしてみましょう。

🙆容量が確保されている場合

前提条件：要素数7,容量10

●動作確認

# 【test1.go】 #
package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    a := make([]string, 7, 10)
    a[0] = "ドラえもん"
    a[1] = "のび太"
    a[2] = "しずかちゃん"
    a[3] = "ジャイアン"
    a[4] = "スネ夫"
    a[5] = "ミニドラ"
    a[6] = "出木杉"

    b := append(a[:5], "ジャイ子", "のび助")
    fmt.Println(a)
    fmt.Println(len(a))
    fmt.Println(cap(a))
    fmt.Println(b)
    fmt.Println(len(b))
    fmt.Println(cap(b))

    b = append(a[:5], "玉子", "スネ吉", "パーマン", "ジャイ子", "のび助")
    fmt.Println(a)
    fmt.Println(len(a))
    fmt.Println(cap(a))
    fmt.Println(b)
    fmt.Println(len(b))
    fmt.Println(cap(b))

    b[5] = "サザエさん"
    b[6] = "しんのすけ"
    fmt.Println(a)
    fmt.Println(len(a))
    fmt.Println(cap(a))
    fmt.Println(b)
    fmt.Println(len(b))
    fmt.Println(cap(b))
}

# 【出力結果】 #
[ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫 ジャイ子 のび助]
7
10
[ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫 ジャイ子 のび助]
7
10
[ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫 玉子 スネ吉]
7
10
[ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫 玉子 スネ吉 ジャイ子 のび助]
9
10
[ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫 サザエさん しんのすけ]
7
10
[ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫 サザエさん しんのすけ ジャイ子 のび助]
9
10

💡解説

[パート1]

【コード】
b := append(a[:5], "ジャイ子", "のび助")
fmt.Println(a)
fmt.Println(len(a))
fmt.Println(cap(a))
fmt.Println(b)
fmt.Println(len(b))
fmt.Println(cap(b))

【出力】
[ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫 ジャイ子 のび助]
7
10

[ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫 ジャイ子 のび助]
7
10

まずは

b := append(a[:5], "ジャイ子", "のび助")

この一文が入りますので
bにはaの5番目までとジャイ子+のび助が入ります。

そして
出力結果ですが
上記でも述べているように

スライスに渡した部分列の要素は
元の配列のメモリ領域が共有されている為。

スライス型で要素を代入するということは
元の配列データに代入するということ。

の為bに入れた値はaにも反映される為
出力が同じになっています

[パート2]

【コード】
b = append(a[:5], "玉子", "スネ吉", "パーマン", "ジャイ子", "のび助")
fmt.Println(a)
fmt.Println(len(a))
fmt.Println(cap(a))
fmt.Println(b)
fmt.Println(len(b))
fmt.Println(cap(b))

【出力】
[ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫 玉子 スネ吉]
7
10

[ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫 玉子 スネ吉 ジャイ子 のび助]
9
10

まずは

b = append(a[:5], "玉子", "スネ吉", "パーマン", "ジャイ子", "のび助")

この一文にてbはaの5番目までと
玉子+スネ吉+パーマン+ジャイ子+のび助が入ります
つまりbは
ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫 玉子 スネ吉 ジャイ子 のび助
になります。

[パート3]

【コード】
b[5] = "サザエさん"
b[6] = "しんのすけ"
fmt.Println(a)
fmt.Println(len(a))
fmt.Println(cap(a))
fmt.Println(b)
fmt.Println(len(b))
fmt.Println(cap(b))

【出力】
[ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫 サザエさん しんのすけ]
7
10

[ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫 サザエさん しんのすけ ジャイ子 のび助]
9
10

まずは

b[5] = "サザエさん"
b[6] = "しんのすけ"

これはもう分かりますね。

ここで言いたいのは
配列のメモリを共有しているので、
aとbは同じデータ構造であり
容量に変化はないため
確保されている要素では共有状態にあると言える。ということです。

十分な容量を確保せずにappendした場合
自動的に容量を倍にする為、配列のメモリアドレスが変更されてしまいます。

そうなってしまうと
aとbは独立されたスライスとなってしまい
データの編集・追加をしても
共有されることはなくなってしまいます。

実例をみてみましょう

先ほどのコードを3文字消しただけです
(容量部分を消しただけ)

🙅容量が確保されていない場合

前提条件：要素数7,容量7

●動作確認

# 【test2.go】 #
package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    a := make([]string, 7)
    a[0] = "ドラえもん"
    a[1] = "のび太"
    a[2] = "しずかちゃん"
    a[3] = "ジャイアン"
    a[4] = "スネ夫"
    a[5] = "ミニドラ"
    a[6] = "出木杉"

    b := append(a[:5], "ジャイ子", "のび助")
    fmt.Println(a)
    fmt.Println(len(a))
    fmt.Println(cap(a))
    fmt.Println(b)
    fmt.Println(len(b))
    fmt.Println(cap(b))

    b = append(a[:5], "玉子", "スネ吉", "ジャイ子", "のび助")
    fmt.Println(a)
    fmt.Println(len(a))
    fmt.Println(cap(a))
    fmt.Println(b)
    fmt.Println(len(b))
    fmt.Println(cap(b))

    b[5] = "サザエさん"
    b[6] = "しんのすけ"
    fmt.Println(a)
    fmt.Println(len(a))
    fmt.Println(cap(a))
    fmt.Println(b)
    fmt.Println(len(b))
    fmt.Println(cap(b))
}

# 【出力結果】 #
[ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫 ジャイ子 のび助]
7
7
[ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫 ジャイ子 のび助]
7
7
[ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫 ジャイ子 のび助]
7
7
[ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫 玉子 スネ吉 ジャイ子 のび助]
9
14
[ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫 ジャイ子 のび助]
7
7
[ドラえもん のび太 しずかちゃん ジャイアン スネ夫 サザエさん しんのすけ ジャイ子 のび助]
9
14

このようにそれぞれが独立したスライスになって
sliceの強みが無くなってしまうのであれば
コピーでいいじゃんということになってしまいます。

参考

・Go言語 スライス確認
・Go by Example: Slices