Go语言Map

Map是Go语言中的一个重要的数据结构，它提供了键值对的存储方式，类似其他语言中的哈希表或字典。

Map的本质："键值对储物间"

什么是Map？

可以把Map想象成一个特殊的储物间，每个物品（值）都有自己的标签（键）。通过这个标签，我们可以快速找到对应的物品。比如：一个存储学生成绩的系统，学号就是键，分数就是值。

Map的定义方式

在Go语言中，定义Map有几种常用方式：

// 1. 使用make函数创建
scoreMap := make(map[string]int)

// 2. 创建时直接初始化
studentScores := map[string]int{
    "张三": 95,
    "李四": 88,
    "王五": 92,
}

// 3. 声明一个空map
var prices map[string]float64
// 注意：声明后需要通过make初始化才能使用
prices = make(map[string]float64)

Map的基本操作

package main

import "fmt"

func main() {
    // 创建一个存储水果价格的map
    fruitPrices := make(map[string]float64)
    
    // 添加键值对
    fruitPrices["苹果"] = 5.5
    fruitPrices["香蕉"] = 3.8
    fruitPrices["橙子"] = 4.2
    
    // 获取值
    applePrice := fruitPrices["苹果"]
    fmt.Printf("苹果的价格是：%.2f元\n", applePrice)
    
    // 修改值
    fruitPrices["苹果"] = 5.8
    
    // 删除键值对
    delete(fruitPrices, "香蕉")
    
    // 遍历map
    for fruit, price := range fruitPrices {
        fmt.Printf("%s的价格是：%.2f元\n", fruit, price)
    }
}

运行结果：

苹果的价格是：5.50元
苹果的价格是：5.80元
橙子的价格是：4.20元

判断键是否存在

在Go语言中，访问map中不存在的键会返回该类型的零值。因此，我们需要一种方法来判断键是否真实存在：

package main

import "fmt"

func main() {
    userAge := map[string]int{
        "Alice": 25,
        "Bob":   30,
    }
    
    // 使用两个变量接收返回值
    age, exists := userAge["Tom"]
    if exists {
        fmt.Printf("Tom的年龄是：%d\n", age)
    } else {
        fmt.Println("Tom不在map中")
    }
}

运行结果：

Tom不在map中

Map的进阶用法

1. 嵌套Map

Map的值可以是另一个Map，这样就形成了嵌套结构：

package main

import "fmt"

func main() {
    // 创建一个存储学生成绩的嵌套map
    studentScores := map[string]map[string]int{
        "张三": {
            "数学": 95,
            "英语": 88,
            "语文": 92,
        },
        "李四": {
            "数学": 90,
            "英语": 85,
            "语文": 88,
        },
    }
    
    // 获取张三的英语成绩
    englishScore := studentScores["张三"]["英语"]
    fmt.Printf("张三的英语成绩是：%d\n", englishScore)
}

运行结果：

张三的英语成绩是：88

2. Map作为函数参数

Map是引用类型，作为函数参数时传递的是底层指针的拷贝：

func updatePrice(prices map[string]float64, fruit string, price float64) {
    prices[fruit] = price
}

func main() {
    fruitPrices := map[string]float64{
        "苹果": 5.5,
        "香蕉": 3.8,
    }
    
    updatePrice(fruitPrices, "苹果", 6.0)
    fmt.Printf("更新后苹果的价格：%.2f\n", fruitPrices["苹果"])
}

使用技巧和注意事项

1. 初始化容量

// 如果知道map大约需要存储多少键值对，可以在创建时指定容量
userAges := make(map[string]int, 100)

2. 并发安全

// map不是并发安全的，需要使用sync.Map或互斥锁来保证并发安全
import "sync"
var mutex sync.Mutex
mutex.Lock()
map操作
mutex.Unlock()

3. 常见陷阱

• map的零值是nil，需要先初始化才能使用
• 不能对map的元素取地址
• map的遍历顺序是随机的，不要依赖遍历顺序

1. Map的随机遍历

package main

import "fmt"

func main() {
    // 创建一个简单的map
    m := map[string]int{
        "a": 1,
        "b": 2,
        "c": 3,
        "d": 4,
    }
    
    // 连续遍历三次，观察输出顺序
    for i := 0; i < 3; i++ {
        fmt.Printf("第%d次遍历:\n", i+1)
        for k, v := range m {
            fmt.Printf("key: %s, value: %d\n", k, v)
        }
        fmt.Println()
    }
}

运行结果：

第1次遍历:
key: a, value: 1
key: d, value: 4
key: b, value: 2
key: c, value: 3

第2次遍历:
key: c, value: 3
key: a, value: 1
key: d, value: 4
key: b, value: 2

第3次遍历:
key: b, value: 2
key: c, value: 3
key: d, value: 4
key: a, value: 1

从输出可以看到，每次遍历的顺序都是不同的，这就是map遍历的随机性。

2. Map的并发安全问题

这个部分涉及到并发编程，将在后续章节中详细介绍，这里只做简单介绍，如果不是很理解的话，可以等后面学习了并发编程之后再回来看。

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
    "time"
)

func main() {
    // 不安全的map操作
    unsafeMap := make(map[int]int)
    
    // 使用WaitGroup等待所有goroutine完成
    var wg sync.WaitGroup
    
    // 启动10个goroutine同时写map
    for i := 0; i < 10; i++ {
        wg.Add(1)
        go func(n int) {
            defer wg.Done()
            unsafeMap[n] = n // 可能导致panic
            time.Sleep(time.Millisecond)
        }(i)
    }
    
    // 安全的map操作
    var mutex sync.Mutex
    safeMap := make(map[int]int)
    
    // 再次启动10个goroutine，这次使用互斥锁保护
    for i := 0; i < 10; i++ {
        wg.Add(1)
        go func(n int) {
            defer wg.Done()
            mutex.Lock()
            safeMap[n] = n // 安全的写入
            mutex.Unlock()
            time.Sleep(time.Millisecond)
        }(i)
    }
    
    wg.Wait()
    fmt.Printf("安全的map最终内容: %v\n", safeMap)
}

运行结果：

fatal error: concurrent map writes  // 第一个map可能会panic
安全的map最终内容: map[0:0 1:1 2:2 3:3 4:4 5:5 6:6 7:7 8:8 9:9]  // 第二个map安全执行

或者使用sync.Map：

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

func main() {
    var sm sync.Map
    var wg sync.WaitGroup
    
    // 启动10个goroutine同时操作sync.Map
    for i := 0; i < 10; i++ {
        wg.Add(1)
        go func(n int) {
            defer wg.Done()
            sm.Store(n, n)  // 存储键值对
        }(i)
    }
    
    wg.Wait()
    
    // 遍历sync.Map
    sm.Range(func(key, value interface{}) bool {
        fmt.Printf("key: %v, value: %v\n", key, value)
        return true
    })
}

运行结果：

key: 5, value: 5
key: 0, value: 0
key: 1, value: 1
key: 2, value: 2
key: 3, value: 3
key: 4, value: 4
key: 6, value: 6
key: 7, value: 7
key: 8, value: 8
key: 9, value: 9

实际应用场景

1. 缓存系统

cache := make(map[string]interface{})

2. 计数器

wordCount := make(map[string]int)
for _, word := range words {
    wordCount[word]++
}

3. 去重

seen := make(map[string]bool)
for _, item := range items {
    seen[item] = true
}

小结

Map是Go语言中一个强大而灵活的数据结构，它提供了高效的键值对存储方案。在实际开发中，Map的应用非常广泛，从简单的数据存储到复杂的缓存系统都能见到它的身影。掌握Map的使用，对于Go程序开发来说是必不可少的。

记住：合理使用Map可以让我们的代码更加简洁高效，但也要注意并发安全等问题。选择合适的数据结构和使用方式，才能写出更好的程序。