在Go中创建2D切片的简洁方法是什么？

Question

我正在通过A Tour of Go学习Go.其中一个练习要求我创建一个包含dy行和dx列的2D切片uint8.我目前采用的方法是:

a:= make([][]uint8, dy)       // initialize a slice of dy slices
for i:=0;i<dy;i++ {
    a[i] = make([]uint8, dx)  // initialize a slice of dx unit8 in each of dy slices
}

我认为迭代每个切片来初始化它太冗长了.如果切片具有更多尺寸,则代码将变得难以处理.是否有一种简洁的方法来初始化Go中的2D(或n维)切片？

Answer 1

没有更简洁的方式,你所做的就是"正确"的方式; 因为切片总是一维的,但可以组成以构造更高维的对象.有关更多详细信息,请参阅此问题:Go:二维数组的内存表示形式如何.

您可以简化的一件事是使用for range构造:

a := make([][]uint8, dy)
for i := range a {
    a[i] = make([]uint8, dx)
}

另请注意,如果使用复合文字初始化切片,则可以"免费"获取此切片,例如:

a := [][]uint8{
    {0, 1, 2, 3},
    {4, 5, 6, 7},
}
fmt.Println(a) // Output is [[0 1 2 3] [4 5 6 7]]

是的,这有其局限性,因为看似你必须列举所有元素; 但是有一些技巧,即您不必枚举所有值,只需要那些不是切片元素类型的零值的值.有关此内容的更多详细信息,请参阅golang数组初始化中的键控项.

例如,如果你想要一个切片,其中前10个元素是零,然后遵循1和2,它可以这样创建:

b := []uint{10: 1, 2}
fmt.Println(b) // Prints [0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2]

另请注意,如果您使用数组而不是切片,则可以非常轻松地创建它:

c := [5][5]uint8{}
fmt.Println(c)

输出是:

[[0 0 0 0 0] [0 0 0 0 0] [0 0 0 0 0] [0 0 0 0 0] [0 0 0 0 0]]

对于数组,您不必遍历"外部"数组并初始化"内部"数组,因为数组不是描述符而是值.请参阅博客文章阵列,切片(和字符串):"附加"的机制以获取更多详细信息.

试试Go Playground上的例子.

Answer 2

有两种使用切片创建矩阵的方法。让我们看看它们之间的区别。

第一种方法：

matrix := make([][]int, n)
for i := 0; i < n; i++ {
    matrix[i] = make([]int, m)
}

第二种方法：

matrix := make([][]int, n)
rows := make([]int, n*m)
for i := 0; i < n; i++ {
    matrix[i] = rows[i*m : (i+1)*m]
}

关于第一种方法，进行连续make调用并不能确保最终得到一个连续的矩阵，因此可能会将矩阵划分为内存。让我们考虑一个带有两个Go例程的示例，这可能会导致这种情况：

1. 例程＃0运行make([][]int, n)以获取分配的内存matrix，从0x000到0x07F获取一块内存。
2. 然后，它开始循环并执行第一行make([]int, m)，从0x080到0x0FF。
3. 在第二次迭代中，它被调度程序抢占。
4. 调度程序使处理器进入例程1，然后开始运行。这个也使用make（出于自己的目的），并且从0x100到0x17F（在例程＃0的第一行旁边）。
5. 一段时间后，它被抢占，例程＃0重新开始运行。
6. 它make([]int, m)对应于第二个循环迭代，并为第二行从0x180到0x1FF。至此，我们已经得到了两行。

使用第二种方法，例程可以make([]int, n*m)确保在单个切片中分配所有矩阵，从而确保连续性。之后，需要一个循环来更新指向与每一行相对应的子切片的矩阵指针。

您可以在Go Playground中使用上面显示的代码来查看使用这两种方法分配的内存的差异。请注意，我runtime.Gosched()仅用于产生处理器并强制调度程序切换到另一个例程的目的。

使用哪一个？想象一下第一种方法的最坏情况，即每一行在内存中都不是另一行。然后，如果您的程序遍历矩阵元素（以读取或写入矩阵元素），则由于数据位置更差，与第二种方法相比，可能会有更多的缓存未命中（因此延迟时间更长）。另一方面，使用第二种方法，尽管理论上可能有足够的可用内存，但由于内存碎片（块散布在整个内存中），可能无法为矩阵分配单个内存。

因此，除非存在大量的内存碎片并且要分配的矩阵足够大，否则您总是想使用第二种方法来利用数据局部性。

Answer 3

使用 Go 1.18，你可以获得泛型。

这是一个使用泛型来为任何细胞类型创建 2D 切片的函数。

func Make2D[T any](n, m int) [][]T {
    matrix := make([][]T, n)
    rows := make([]T, n*m)
    for i, startRow := 0, 0; i < n; i, startRow = i+1, startRow+m {
        endRow := startRow + m
        matrix[i] = rows[startRow:endRow:endRow]
    }
    return matrix
}

使用工具箱中的该函数，您的代码将变为：

a := Make2D[uint8](dy, dx)

您可以在 Go Playground 上使用代码。