有點不安全卻又一亮的 Go unsafe.Pointer

在上一篇文章 《深刻理解 Go Slice》 中，你們會發現其底層數據結構使用了 unsafe.Pointer。所以想着再介紹一下其關聯知識

原文地址：有點不安全卻又一亮的 Go unsafe.Pointer

前言

在你們學習 Go 的時候，確定都學過 「Go 的指針是不支持指針運算和轉換」 這個知識點。爲何呢？

首先，Go 是一門靜態語言，全部的變量都必須爲標量類型。不一樣的類型不可以進行賦值、計算等跨類型的操做。那麼指針也對應着相對的類型，也在 Compile 的靜態類型檢查的範圍內。同時靜態語言，也稱爲強類型。也就是一旦定義了，就不能再改變它

錯誤示例

func main(){
    num := 5
    numPointer := &num

    flnum := (*float32)(numPointer)
    fmt.Println(flnum)
}

輸出結果：

# command-line-arguments
...: cannot convert numPointer (type *int) to type *float32

在示例中，咱們建立了一個 num 變量，值爲 5，類型爲 int。取了其對於的指針地址後，試圖強制轉換爲 *float32，結果失敗...

unsafe

針對剛剛的 「錯誤示例」，咱們能夠採用今天的男主角 unsafe 標準庫來解決。它是一個神奇的包，在官方的詮釋中，有以下概述：

• 圍繞 Go 程序內存安全及類型的操做
• 極可能會是不可移植的
• 不受 Go 1 兼容性指南的保護

簡單來說就是，不怎麼推薦你使用。由於它是 unsafe（不安全的），可是在特殊的場景下，使用了它。能夠打破 Go 的類型和內存安全機制，讓你得到眼前一亮的驚喜效果 😄

Pointer

爲了解決這個問題，須要用到 unsafe.Pointer。它表示任意類型且可尋址的指針值，能夠在不一樣的指針類型之間進行轉換（相似 C 語言的 void * 的用途）

其包含四種核心操做：

• 任何類型的指針值均可以轉換爲 Pointer
• Pointer 能夠轉換爲任何類型的指針值
• uintptr 能夠轉換爲 Pointer
• Pointer 能夠轉換爲 uintptr

在這一部分，重點看第一點、第二點。你再想一想怎麼修改 「錯誤示例」 讓它運行起來？

func main(){
    num := 5
    numPointer := &num

    flnum := (*float32)(unsafe.Pointer(numPointer))
    fmt.Println(flnum)
}

輸出結果：

0xc4200140b0

在上述代碼中，咱們小加改動。經過 unsafe.Pointer 的特性對該指針變量進行了修改，就能夠完成任意類型（*T）的指針轉換

須要注意的是，這時還沒法對變量進行操做或訪問。由於不知道該指針地址指向的東西具體是什麼類型。不知道是什麼類型，又如何進行解析呢。沒法解析也就天然沒法對其變動了

Offsetof

在上小節中，咱們對普通的指針變量進行了修改。那麼它是否能作更復雜一點的事呢？

type Num struct{
    i string
    j int64
}

func main(){
    n := Num{i: "EDDYCJY", j: 1}
    nPointer := unsafe.Pointer(&n)

    niPointer := (*string)(unsafe.Pointer(nPointer))
    *niPointer = "煎魚"

    njPointer := (*int64)(unsafe.Pointer(uintptr(nPointer) + unsafe.Offsetof(n.j)))
    *njPointer = 2

    fmt.Printf("n.i: %s, n.j: %d", n.i, n.j)
}

輸出結果：

n.i: 煎魚, n.j: 2

在剖析這段代碼作了什麼事以前，咱們須要瞭解結構體的一些基本概念：

• 結構體的成員變量在內存存儲上是一段連續的內存
• 結構體的初始地址就是第一個成員變量的內存地址
• 基於結構體的成員地址去計算偏移量。就可以得出其餘成員變量的內存地址

再回來看看上述代碼，得出執行流程：

• 修改 n.i 值：i 爲第一個成員變量。所以不須要進行偏移量計算，直接取出指針後轉換爲 Pointer，再強制轉換爲字符串類型的指針值便可
• 修改 n.j 值：j 爲第二個成員變量。須要進行偏移量計算，才能夠對其內存地址進行修改。在進行了偏移運算後，當前地址已經指向第二個成員變量。接着重複轉換賦值便可

須要注意的是，這裏使用了以下方法（來完成偏移計算的目標）：

一、uintptr：uintptr 是 Go 的內置類型。返回無符號整數，可存儲一個完整的地址。後續經常使用於指針運算

type uintptr uintptr

二、unsafe.Offsetof：返回成員變量 x 在結構體當中的偏移量。更具體的講，就是返回結構體初始位置到 x 之間的字節數。須要注意的是入參 ArbitraryType 表示任意類型，並不是定義的 int。它實際做用是一個佔位符

func Offsetof(x ArbitraryType) uintptr

在這一部分，其實就是巧用了 Pointer 的第3、第四點特性。這時候就已經能夠對變量進行操做了 😄

錯誤示例

func main(){
    n := Num{i: "EDDYCJY", j: 1}
    nPointer := unsafe.Pointer(&n)
    ...

    ptr := uintptr(nPointer)
    njPointer := (*int64)(unsafe.Pointer(ptr + unsafe.Offsetof(n.j)))
    ...
}

這裏存在一個問題，uintptr 類型是不能存儲在臨時變量中的。由於從 GC 的角度來看，uintptr 類型的臨時變量只是一個無符號整數，並不知道它是一個指針地址

所以當知足必定條件後，ptr 這個臨時變量是可能被垃圾回收掉的，那麼接下來的內存操做，豈不成迷？

總結

簡潔回顧兩個知識點。第一是 unsafe.Pointer 可讓你的變量在不一樣的指針類型轉來轉去，也就是表示爲任意可尋址的指針類型。第二是 uintptr 經常使用於與 unsafe.Pointer 打配合，用於作指針運算，巧妙地很

最後仍是那句，沒有特殊必要的話。是不建議使用 unsafe 標準庫，它並不安全。雖然它經常能讓你眼前一亮 👌