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Golang指针与unsafe

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前言

我们知道在golang中是存在指针这个概念的。对于指针很多人有点忌惮（可能是因为之前学习过C语言），因为它会导致很多异常的问题。但是很多人学习之后发现，golang中的指针很简单，没有C那么复杂。所以今天就详细来说说指针。

因为博客园发布markdown格式存在问题，请移步http://www.linkinstar.wiki/2019/06/06/golang/source-code/point-unsafe/

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指针的使用 
a := 1

p := &a

fmt.Println(p)

输出：0xc42001c070

可以看到p就是一个指针，也可以说是a的地址。 

a := 1

var p *int

p = &a

fmt.Println(p)

或者也可以写成这样，因为我知道，在很多人看来，看到*号才是指针（手动滑稽） 

a := 1

p := &a

fmt.Println(*p)

输出：1

然后使用就直接通过*号就能去到对应的值了，就这么简单

指针的限制

Golang中指针之所以看起来很简单，是因为指针的功能不多。我们能看到的功能就是指针的指向一个地址而已，然后对于这个地址也只能进行传递，或者通过这个的地址去访问值。

  • 不能像C语言中一样p++，这样移动操作指针，因为其实这样操作确实不安全，很容易访问到奇怪的区域。
  • 不同类型的指针不能相互赋值、转换、比较。会出现cannot use &a (type *int) as type *float32 in assignment类似这样的错误

如果只是单纯说go中指针的功能，上面就已经说完了，没必要写博客，但是其实go中还有一个包叫unsafe，有了它，指针就可以像C一样想干嘛干嘛了。

unsafe

三个类型

其实指针有三种：
一种是我们常见的 * ，用*去表示的指针；
一种是unsafe.Pointer，Pointer是unsafe包下的一个类型；
最后一种是uintptr，uintptr就厉害了，这玩意是可以进行运算的也就是可以++--；

他们之间有这样的转换关系：
* <=> unsafe.Pointer <=> uintptr

  • 有一点要注意的是，uintptr 并没有指针的语义，意思就是 uintptr 所指向的对象会被 gc 无情地回收。而 unsafe.Pointer 有指针语义，可以保护它所指向的对象在“有用”的时候不会被垃圾回收。

从这样的关系你大概就可以猜到，我们使用的指针*p转换成Pointer然后转换uintptr进行运算之后再原路返回，理论上就能等同于进行了指针的运算。我们下面就来实践一下。

unsafe操作slice 

func main() {

    s := make([]int, 10)

    s[1] = 2

    p := &s[0]

    fmt.Println(*p)

    up := uintptr(unsafe.Pointer(p))

    up += unsafe.Sizeof(int(0)) // 这里可不是up++哦

    p2 := (*int)(unsafe.Pointer(up))

    fmt.Println(*p2)

}

输出：
0
2

从代码中我们可以看到，我们首先将指针指向切片的第一个位置，然后通过转换得到uintptr，操作uintptr + 上8位（注意这里不能++因为存放的是int，下一个元素位置相隔举例int个字节），最后转换回来得到指针，取值，就能取到切片的第二个位置了。

unsafe操作struct

当然有人肯定要说了，上面那个一顿操作猛如虎，不就是访问下一个位置嘛，我直接访问就行了。
那下面就是厉害的来了，我们知道如果一个结构体里面定义的属性是私有的，那么这个属性是不能被外界访问到的。我们来看看下面这个操作： 

package basic

type User struct {

    age  int

    name string

}


package main

func main() {

    user := &basic.User{}

    fmt.Println(user)

    s := (*int)(unsafe.Pointer(user))

    *s = 10

    up := uintptr(unsafe.Pointer(user)) + unsafe.Sizeof(int(0))

    namep := (*string)(unsafe.Pointer(up))

    *namep = "xxx" 

    fmt.Println(user)

}

User是另外一个basic包中的结构体，其中的age是小写开头的，理论上来说，我们在外部没有办法修改age的值，但是经过上面这波操作之后，输出信息是：
&{0 }
&{10 xxx}
也就是说成功操作到了结构体的私有属性。

顺便提一句：创建结构体会被分配一块连续的内存，结构体的地址也代表了第一个成员的地址。

下面我们来验证一下你是否已经学会了unsafe的操作，尝试不看一个小结，自己尝试一下：如何完成字符串到[]byte的转换，并且不开辟新的空间？

字符串和byte数组转换inplace

我们知道如果将字符串转换成[]byte非常方便 

s := "123"

a := []byte(s)

但是这样需要开辟额外的空间，那么如何实现原地的，不需要拷贝数据的转换呢？
我们想一下，其实从底层的存储角度来说，string的存储规则和[]byte是一样的，也就是说，其实指针都是从某个位置开始到一段空间，中间一格一格。所以利用unsafe就可以做到。 

func main() {

    s := "123"

    a := []byte(s)

    print("s = " , &s, "\n")

    print("a = " , &a, "\n")

    a2 := (*[]byte)(unsafe.Pointer(&s))

    print("a2 = " , a2, "\n")

    fmt.Println(*a2)

}

输出结果：
s = 0xc420055f40
a = 0xc420055f60
a2 = 0xc420055f40
[49 50 51]

我们可以看到s和a的地址是不一样的，但是s和a2的地址是一样的，并且a2已经是一个[]byte了。

嘿嘿嘿~你以为这样就结束了？？？

存在的问题

其实这个转换是存在问题的，问题就在新的[]byte的Cap没有正确的初始化。
我们打印一下cap看一下
fmt.Println("cap a =", cap(a))
fmt.Println("cap a2 =", cap(*a2))
结果是：
cap a = 32
cap a2 = 17418400
这么大的容量是要上天呢？？？

问题的原因

在src/reflect/value.go下看 

type StringHeader struct {

    Data uintptr

    Len  int

}

type SliceHeader struct {

    Data uintptr

    Len  int

    Cap  int

}

看到其实string没有cap而[]byte有，所以导致问题出现，也容易理解，string是没有容量扩容这个说法的，所以新的[]byte没有赋值cap所以使用了默认值。

问题解决 

stringHeader := (*reflect.StringHeader)(unsafe.Pointer(&s))

bh := reflect.SliceHeader{

    Data: stringHeader.Data,

    Len:  stringHeader.Len,

    Cap:  stringHeader.Len,

}

return *(*[]byte)(unsafe.Pointer(&bh))

通过重新设置SliceHeader就可以完成

总结

以上就是所有golang指针和unsafe的相关细节和使用。那么肯定有人会问这个有什么用了？

  • 1、没啥事你就别乱用了，别人都说unsafe不安全了。
  • 2、源码中很多大量的使用了指针移动的操作。

如map中通过key获取value的时候：

v := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+bucketCnt * uintptr(t.keysize)+i * uintptr(t.valuesize))

通过桶的指针的偏移拿到值，具体我就不多介绍了。
总之对于你看golang源码的时候会有很大帮助的。可能必要的时候你也能用到它，还是那句话，除非你知道它在干什么，否则不要用。

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