【Go系列】Go的指針

承上啟下

? ? ? ? 我們在前面的文章中，首先介紹了GO的基礎語法，然后介紹了Goroutine和channel這個最具有特色的東西，同時介紹了Sync和context，以及在上篇文章中詳細距離說明了Go里面用于高并發的多種寫法。基礎的使用方法也告一段落了，我們要進入新的篇章，就是Go的指針，這邊的指針類型不僅是一個地址，還有Unsafe.Point，還有intptr，讓我們詳細看看。

開始學習

普通指針

在Go語言中，指針是一種特殊類型的變量，它存儲了另一個變量的內存地址。指針在Go中雖然不像C或C++那樣普遍使用，但它們在某些情況下仍然非常有用，尤其是在需要修改函數內部變量的值、避免大對象復制、實現數據結構（如鏈表、樹等）時。

以下是關于Go語言中指針的詳細介紹：

指針的基本概念

內存地址：每個變量在內存中都有一個地址，指針變量存儲的就是這個地址。
解引用：通過指針訪問它所指向的變量的值稱為解引用。

聲明指針

在Go中，指針的聲明方式是在變量類型前加上*：

var pointer *int

這里，pointer是一個指向int類型變量的指針。

初始化指針

指針必須在使用前進行初始化。你可以使用&操作符來獲取一個變量的地址，并將其賦值給指針：

value := 10
pointer := &value

在這個例子中，pointer存儲了變量value的內存地址。

解引用指針

使用*操作符可以解引用指針，訪問或修改它所指向的值：

*pointer = 20

這將把變量value的值修改為20。

函數中的指針

在函數中傳遞指針允許你修改函數外部的變量：

func modifyValue(ptr *int) {*ptr = 30
}func main() {value := 10modifyValue(&value)fmt.Println(value) // 輸出 30
}

在這個例子中，modifyValue函數通過指針參數修改了外部變量value的值。

指針的nil值

一個未初始化的指針有一個nil值，表示它不指向任何地址：

var pointer *int
if pointer == nil {fmt.Println("Pointer is nil")
}

指針和結構體

指針常用于結構體，可以創建結構體的指針，并通過指針訪問或修改結構體的字段：

type Person struct {Name stringAge  int
}func main() {person := &Person{Name: "Alice", Age: 30}person.Age = 31 // 通過指針修改結構體的字段
}

指針數組與數組指針

指針數組：一個數組，其元素是指針。
```
var ptrArray [3]*int
```

數組指針：一個指向數組的指針。

var array [3]int
var ptrToArray *[3]int = &array

指針的指針

雖然不常見，但你可以在Go中創建指向指針的指針：

var value int = 100
var ptr *int = &value
var ptrToPtr **int = &ptr

這里，ptrToPtr是一個指向ptr指針的指針。

注意事項

Go不支持指針算術，即你不能對指針進行加減操作。
Go的垃圾回收機制會自動管理內存，因此通常不需要手動釋放指針指向的內存。

Unsafe.Point

在Go語言中，unsafe.Pointer?是一個特殊類型的指針，它可以指向任意類型的值。unsafe?包提供了一些繞過Go類型系統的功能，允許程序進行一些原本不被允許的操作，比如在不同指針類型之間進行轉換，或者計算一個對象的實際內存大小等。

以下是關于?unsafe.Pointer?的一些關鍵點：

類型轉換

unsafe.Pointer?可以用于在任意指針類型之間進行轉換。例如，如果你有一個?*int?類型的指針，你可以將其轉換為?unsafe.Pointer，然后再轉換回其他類型的指針。

package mainimport ("fmt""unsafe"
)func main() {i := 42ip := &i         // *intptr := unsafe.Pointer(ip) // 轉換為 unsafe.Pointeruptr := uintptr(ptr)     // 轉換為 uintptr// 反向轉換ptr = unsafe.Pointer(uptr) // 轉換回 unsafe.Pointerip2 := (*int)(ptr)        // 轉換回 *int*ip2 = 84fmt.Println(i) // 輸出 84
}

訪問任意內存地址

通過?unsafe.Pointer，你可以訪問任意內存地址，這在Go的常規操作中是不被允許的，因為它繞過了Go的類型系統和內存安全檢查。

ptr := unsafe.Pointer(uintptr(0x12345678))

上述代碼試圖訪問一個特定的內存地址，這在實際的程序中是非常危險的，因為它可能導致未定義行為，包括程序崩潰。

計算結構體大小

unsafe.Sizeof?函數可以返回一個值的大小，單位是字節。這個函數通常與?unsafe.Pointer?一起使用來計算結構體的大小。

type MyStruct struct {a intb string
}s := MyStruct{a: 1, b: "hello"}
size := unsafe.Sizeof(s)
fmt.Println(size) // 輸出結構體 MyStruct 的大小

使用?`uintptr`?進行指針算術

雖然Go不支持?unsafe.Pointer?的算術操作，但你可以將?unsafe.Pointer?轉換為?uintptr，然后在?uintptr?上執行算術操作，最后再轉換回?unsafe.Pointer。

ptr := unsafe.Pointer(&s)
uptr := uintptr(ptr)
newPtr := unsafe.Pointer(uptr + unsafe.Offsetof(s.b)) // 訪問結構體中的 b 字段

注意事項

使用?unsafe?包繞過Go的類型系統和內存安全機制，需要非常小心，因為錯誤的使用可能會導致程序崩潰或者安全漏洞。
unsafe.Pointer?的使用應該限制在必要的范圍內，并且要確保操作的安全性。
unsafe?包的內容可能會在不同的Go版本之間發生變化，因此在使用時應保持謹慎。

由于?unsafe?包的功能非常強大，Go官方建議開發者只有在沒有其他選擇的情況下才使用它，并且要確保代碼的穩定性和安全性。

UintPtr

在Go語言中，intptr?并不是一個內置的類型。你可能在提到?uintptr?時出現了誤解，或者是在引用其他語言中的類型。在Go語言中，與指針操作相關的類型是?uintptr。

`uintptr`?類型

uintptr?是?unsafe?包中的一個類型，它足夠大，可以存儲任何類型的指針的位模式（即內存地址）。uintptr?類型主要用于低級編程，比如與操作系統接口、內存操作等。

以下是一些關于?uintptr?的關鍵點：

uintptr?是一個無符號整數類型，其大小足以容納任何指針的位模式。
它可以用于將指針轉換為整數，反之亦然。
uintptr?可以用于執行指針算術，但這樣做需要非常小心，因為它可能會繞過Go的內存安全保證。

示例

以下是如何使用?uintptr?的示例：

package mainimport ("fmt""unsafe"
)func main() {i := 42ptr := &i         // *intuptr := uintptr(unsafe.Pointer(ptr)) // 轉換為 uintptr// 使用 uintptr 進行指針算術newPtr := unsafe.Pointer(uptr + unsafe.Sizeof(i))// 反向轉換回指針類型newIntPtr := (*int)(newPtr)*newIntPtr = 84fmt.Println(i) // 輸出 84
}

在這個例子中，我們首先將一個?*int?類型的指針轉換為?uintptr，然后執行了指針算術操作（雖然在這個特定的例子中這樣做沒有意義，因為它只是在一個整數大小的范圍內移動），最后將結果轉換回?*int?類型的指針。

注意事項

使用?uintptr?需要非常小心，因為不正確的使用可能會導致內存安全問題，比如訪問未分配的內存、越界訪問等。
uintptr?類型的值不應該被存儲或以任何方式保留，因為它們可能會在垃圾回收期間變得無效。
通常情況下，Go程序員不需要直接使用?uintptr，除非他們正在編寫需要直接與操作系統或硬件交互的底層代碼。

三種指針類型對比

在Go語言中，指針、unsafe.Pointer?和?uintptr?是三種不同的概念，它們在內存操作和類型轉換中扮演著不同的角色。下面是它們的區別：

指針（如?`*int`）

定義：指針是一種變量，它存儲了另一個變量的內存地址。
用途：用于引用和修改變量，或者在函數調用中傳遞變量的地址以修改其值。
類型安全：指針是類型安全的，它們只能指向特定類型的變量。

示例：

var a int = 42
var ptr *int = &a
*ptr = 100 // 修改a的值

`unsafe.Pointer`

定義：unsafe.Pointer?是?unsafe?包中的一個特殊類型，它可以指向任意類型的變量。
用途：用于在不同指針類型之間進行轉換，或者在需要時進行底層的內存操作。
類型安全：unsafe.Pointer?本身不是類型安全的，因為它可以指向任何類型的變量，但它需要與其他類型安全的指針一起使用。

示例：

var a int = 42
var ptr unsafe.Pointer = unsafe.Pointer(&a)

`uintptr`

定義：uintptr?是?unsafe?包中的一個無符號整數類型，其大小足以存儲任何類型的指針的位模式。
用途：用于執行指針算術操作，或者將指針轉換為整數以便進行低級內存操作。
類型安全：uintptr?不是類型安全的，因為它可以存儲任何指針的位模式，并且可以用于執行指針算術，這可能會繞過Go的內存安全保證。

示例：

var a int = 42
var ptr uintptr = uintptr(unsafe.Pointer(&a))

區別

類型安全：
- 指針是類型安全的，只能用于指向特定類型的變量。
- unsafe.Pointer?不是類型安全的，可以指向任何類型的變量，但它需要與其他類型安全的指針一起使用。
- uintptr?也不是類型安全的，它可以存儲任何指針的位模式，并且可以用于執行指針算術。
用途：
- 指針主要用于變量引用和修改變量的值。
- unsafe.Pointer?用于在不同指針類型之間進行轉換，或者在需要時進行底層的內存操作。
- uintptr?用于執行指針算術操作，或者將指針轉換為整數以便進行低級內存操作。
內存安全：
- 使用指針時，Go的垃圾回收器會確保指向的變量在需要時不會被回收。
- 使用?unsafe.Pointer?和?uintptr?時，程序員需要確保操作不會導致內存安全問題，比如越界訪問或訪問未分配的內存。