Go言語のキャッチアップその3 ~スライス~

Goのスライス(Slice)

スライスは、「配列の一部または全部を参照する、可変長のデータ構造。」らしいが、よくわからん。公式ドキュメント上では、

スライスは基底配列の連続した一部分を表し、その要素にインデックスを使ってアクセスできるものとして説明されている。 The Go Programming Language Specification

これもまだ抽象的に感じるので実際のコードを見る。

package main

import "fmt"

func main() {
    numbers := [5]int{10, 20, 30, 40, 50}

    s := numbers[1:4]

    fmt.Println(s)
    // [20 30 40]
}

なるほど。 numbers[1:4]と書くことで、配列のインデックス1から3までの要素を指定している。つまり「配列のここからここまでをいまから使うぞ！」と指定しているようなもんか。このnumbers[1:4]は、Goでは「スライス式(slice expression)」と呼ばれるらしい。処理を整理すると、

numbersという配列が存在する
numbers[1:4]で、インデックス1~3の範囲を指定する。
その範囲を扱うスライスが作成される
作られたスライスを変数sに代入する。

ここで、numbersとsは異なる型になっている。

fmt.Printf("%T\n", numbers)
// [5]int

fmt.Printf("%T\n", s)
// []int

numbersは配列、sはスライス。ただし、スライスは単なる範囲指定の宣言ではなく、実際に作られる値である。また、スライスは必ずしも既存の配列から作る必要はない。

s := []int{10, 20, 30}

このように書いた場合も、内部では要素を格納する配列が用意される。

スライスは元の配列をコピーしているわけではない。

ここで疑問が一つ浮かんだ。 numbers[1:4]でスライスを作った場合、元の配列からその範囲の値がコピーされているのだろうか？結論コピーはされていない。

package main

import "fmt"

func main() {
    numbers := [5]int{10, 20, 30, 40, 50}

    s := numbers[1:4]

    s[0] = 999

    fmt.Println(s)
    // [999 30 40]

    fmt.Println(numbers)
    // [10 999 30 40 50]
}

このようにスライス側の値を変更すると、元の配列の値も変更されている。関数の引数として配列を渡す場合、元の配列とは別の配列を関数側でコピーするが、スライスの場合元の配列を参照したままになるため、挙動が異なる。

配列の場合は、

a := [3]int{10, 20, 30}
b := a

b[0] = 999

fmt.Println(a) // [10 20 30]
fmt.Println(b) // [999 20 30]

このように代入時に配列全体がコピーされるため、bを変更してもaには影響しなかった。しかしスライスは異なり、配列の要素をコピーするのではなく、元の配列のメモリ領域を参照している。そのため、同じデータを操作することになる。

スライスと配列は相互に参照しているのか？

スライス側は元の配列を参照しているが、配列側はスライスを参照するのか？結論NOで、参照しているのはスライスから配列の一方向のみ。

スライスの長さ(len)と容量(cap)について。

スライスには長さと容量という概念があり、それぞれlenとcapと呼ぶ。調べてみると、

len: スライスからアクセスできる要素数
cap: スライスの先頭から基底配列の末尾までの容量

という説明が出てきた。「アクセスできる要素数」ってなんやねん。

もっと簡単に言えば「lenはスライスに含まれる要素の数」ということらしい。普通にlengthやな。

numbers := [5]int{10, 20, 30, 40, 50}

s := numbers[1:3]

fmt.Println(s)      // [20 30]
fmt.Println(len(s)) // 2

スライスsに含まれているのは20と30の2つだけ。なのでlen(s)は2となる。ではcapは何なのか。

fmt.Println(cap(s)) // 4

これは4になる。なぜか？元の配列は [10, 20, 30, 40, 50] で、スライスの開始位置はインデックス1, つまり20の位置。そこから元の配列の末尾までを数えると、 20, 30, 40, 50の4つとなる。だからcap(s)は4となる。

スライスの範囲を拡張する

numbers := []int{10, 20, 30, 40, 50}
s := numbers[1:4]
// [20 30 40]

fmt.Println(s[3])
// panic: runtime error: index out of range

現在のスライス s のインデックスは0〜2までなので、s[3] にアクセスするとpanicになる。このように範囲外のエラーとなる。

スライスは容量の範囲内であれば、扱う範囲を拡張できる。

s = s[:4]

このようにすれば、スライスの先頭からindex4の手前まで、つまり4要素分を指定して新しいスライスを作ることができる。スライスsを先頭から4要素分まで拡張するで、という感じ。

package main

import "fmt"

func main() {
    numbers := []int{10, 20, 30, 40, 50}

    s := numbers[1:4]

    fmt.Println(s)      // [20 30 40]
    fmt.Println(len(s)) // 3
    fmt.Println(cap(s)) // 4

    // スライスを4要素分に拡張
    s = s[:4]

    fmt.Println(s)      // [20 30 40 50]
    fmt.Println(len(s)) // 4
    fmt.Println(cap(s)) // 4

    fmt.Println(s[3])   // 50
}

まとめ

スライスは配列そのものではない。配列のどの範囲を扱うかという情報を持つもの。
スライスは元の配列の要素をコピーしない。基底配列のメモリ領域を参照しているため、スライス側で値を変更すると元の配列にも反映される。
参照関係は一方向。スライスは基底配列を参照しているが、配列側はスライスの存在を知らない。
lenは現在スライスに含まれている要素数。
capはスライスの開始位置から、基底配列の末尾までの容量。
スライスはcapの範囲内であれば拡張できる。ただし、要素を新しく追加しているわけではなく、基底配列に存在する要素を扱える範囲を広げているだけ。