Go言語の配列：固定長、値としての振る舞い、スライスとの違い

配列を宣言する

配列の型は [N]T と書きます。長さの後に要素の型が続きます。長さはコンパイル時に固定され、型の一部になります。

package main

import "fmt"

func main() {
	var scores [5]int // five zeros
	scores[0] = 90
	scores[4] = 75
	fmt.Println(scores, len(scores))

	days := [3]string{"Mon", "Tue", "Wed"}
	fmt.Println(days[1])

	primes := [...]int{2, 3, 5, 7, 11} // compiler counts: [5]int
	fmt.Printf("%T %v\n", primes, primes)

	// Index keys: unset positions get the zero value.
	sparse := [5]string{1: "b", 3: "d"}
	fmt.Printf("%q\n", sparse)
}

出力：

[90 0 0 0 75] 5
Tue
[5]int [2 3 5 7 11]
["" "b" "" "d" ""]

配列は常にすべて初期化されています。設定しなかった要素は、要素の型のゼロ値（0、""、false、nil）を保持します。

インデックスと範囲

インデックスは 0 から len(a)-1 までです。範囲外の定数インデックスはコンパイルエラーになります。範囲外の変数インデックスは実行時にpanicします。

var a [3]int
a[5] = 1 // compile error: invalid argument: index 5 out of bounds [0:3]

i := 5
a[i] = 1 // panic: runtime error: index out of range [5] with length 3

走査する

for i, v := range a は各要素を順に訪れます。v は要素のコピーなので、v に代入しても配列は変わりません。代わりにインデックスを通して書き込みます。

package main

import "fmt"

func main() {
	temps := [4]float64{21.5, 23.0, 19.8, 25.1}

	sum := 0.0
	for _, t := range temps {
		sum += t
	}
	fmt.Printf("average: %.2f\n", sum/float64(len(temps)))

	for i := range temps {
		temps[i] += 1 // modifies the array
	}
	fmt.Println(temps)
}

配列に特有の細かな点がもう1つあります。配列の値に対する range は、最初に配列のコピーを評価します。本体が後ろの要素を変更しても、v は古い値のままです。&a か a[:] に対してrangeすればコピーを避けられます。

配列は値

これがC、Java、JavaScriptの配列との主な違いです。配列を代入するとすべての要素がコピーされます。配列を関数に渡してもコピーされます。

package main

import "fmt"

func reset(a [3]int) {
	a[0] = 0 // changes the function's copy
}

func resetPtr(a *[3]int) {
	a[0] = 0 // changes the caller's array
}

func main() {
	a := [3]int{1, 2, 3}
	b := a // full copy
	b[0] = 99
	fmt.Println(a, b)

	reset(a)
	fmt.Println(a)

	resetPtr(&a)
	fmt.Println(a)
}

出力：

[1 2 3] [99 2 3]
[1 2 3]
[0 2 3]

小さな配列ならコピーは安価ですが、大きな配列では高くつきます。[1_000_000]int を値で渡すと8メガバイトがコピーされます。配列が大きいときや関数が変更する必要があるときは、ポインタ（*[N]T）かスライス（a[:]）を渡します。配列へのポインタを通したインデックスには明示的な * は不要で、*[3]int に対して a[0] が使えます。

配列の比較とマップのキー

比較可能な要素の配列は == と != をサポートします。2つの配列は、すべての要素が等しいときに等しくなります。そのため、スライスと違ってマップのキーとしても使えます。

package main

import "fmt"

func main() {
	x := [3]int{1, 2, 3}
	y := [3]int{1, 2, 3}
	fmt.Println(x == y)

	// A grid position as a map key.
	type pos [2]int
	visited := map[pos]bool{}
	visited[pos{0, 0}] = true
	visited[pos{2, 1}] = true
	fmt.Println(visited[pos{2, 1}], visited[pos{1, 1}])
}

長さの違う配列は別の型なので、そもそも比較できません。[3]int{} == [4]int{} はコンパイルできません（mismatched types [3]int and [4]int）。

多次元配列

配列の配列は固定のグリッドになります。グリッド全体が1つの連続したメモリブロックです。

package main

import "fmt"

func main() {
	var board [3][3]rune
	for r := range board {
		for c := range board[r] {
			board[r][c] = '.'
		}
	}
	board[1][1] = 'X'
	board[0][2] = 'O'

	for _, row := range board {
		fmt.Println(string(row[:]))
	}
}

row[:] は [3]rune の行を []rune のスライスに変え、それを string() が受け付けます。

配列とスライスの比較

実際に配列を目にするのは、いくつかの場所に限られます。sha256.Sum256 が返す [32]byte、サイズが変わらないルックアップテーブル、そしてスライスの元の配列です。a[:] や a[1:3] で配列をスライスすると、メモリを共有するスライスが作られます。その共有が何を意味するかはスライスのページで扱っています。

配列とスライスの変換

package main

import "fmt"

func main() {
	arr := [4]int{1, 2, 3, 4}
	s := arr[:] // slice view: shares memory with arr
	s[0] = 100
	fmt.Println(arr)

	nums := []int{7, 8, 9}
	a := [3]int(nums) // Go 1.20: slice to array, copies
	nums[0] = 0
	fmt.Println(a, nums)

	p := (*[3]int)(nums) // Go 1.17: array pointer, shares memory
	p[1] = 0
	fmt.Println(nums)
}

スライスを配列（Go 1.20）や配列へのポインタ（Go 1.17）に変換すると、スライスが配列の長さより短い場合はpanicします：panic: runtime error: cannot convert slice with length 2 to array or pointer to array with length 3。

よくある間違い

• 関数が配列の引数を変更すると期待する。 関数はコピーを受け取ります。*[N]T かスライスを渡します。
• スライスが必要な場所で配列を使う。 []int{1, 2} はスライス、[2]int{1, 2} は配列です。[]int を受け取る関数は [2]int を受け付けないので、a[:] を渡します。
• rangeループでの大きな配列。 for _, v := range bigArray は最初に配列全体をコピーします。&bigArray かスライスに対してrangeします。