【Go语言】Go语言中的指针

Go语言中的指针

变量的本质是对一块内存空间的命名，我们可以通过引用变量名来使用这块内存空间存储的值，而指针则是用来指向这些变量值所在内存地址的值。

注：变量值所在内存地址的值不等于该内存地址存储的变量值。

Go语言中，如果一个变量是指针类型的，可以用这个变量来存储指针类型的值。

以下是Go语言中，指针的简单使用：

a := 100
var ptr *int  // 声明指针类型
ptr = &a      // 初始化指针类型值为变量 a 
fmt.Println(ptr)
fmt.Println(*ptr)

如上代码中，变量 ptr 就是一个指针类型，表示指向存储 int 类型值的指针，ptr本身是一个内存地址，因此需要通过内存地址进行赋值（通过 &a 获取变量 a 所在的内存地址），赋值之后，可以通过 *ptr 获取指针指向内存地址所存储的变量值，这种操作称为“间接引用”。

1 指针类型的声明和初始化

指针变量在传值时之所以可以节省内存空间，是因为指针指向的内存地址的大小是固定的，在32位机器上占4个字节，在64位机器上占8个字节，这与指针指向内存地址存储的值类型无关。

var ptr *int
fmt.Println(ptr)
fmt.Println(*ptr)
​
a := 100
var ptr *int
ptr = &a
fmt.Println(ptr)
fmt.Println(*ptr)

指针被声明后，没有指向任何的内存空间，此时指针的值是零值nil，可以通过&变量名的方式获取变量对应的内存地址，再将其赋值给指针，这样就完成指针的初始化操作。

也能够通过 := 实现指针类型的初始化，代码如下所示：

b := 100
ptr2 := &b
fmt.Printf("%p\n", ptr2)
fmt.Printf("%d\n", *ptr2)

通过 := 进行指针的初始化，无需声明指针类型，底层会自动判断。

此外，也可以通过内置函数 new 声明指针：

ptr3 := new(int)
*ptr3 = 100

通过 new 初始化的指针，已经指向的内存地址，此时内存地址中存储的值是该指针类型的零值。

2 通过指针传值

通过指针传值能够节省内存空间，此外还能够在调用函数中实现对变量值的修改，因为直接修改了内存地址上存储的值，而不是值拷贝。

func swap(a, b int) {
    a, b = b, a
    fmt.Println(a, b)
}
func pointerSwap(a, b *int) {
    *a, *b = *b, *a
    fmt.Println(*a, *b)
}
​
// 值拷贝
func PointerValueCopyExample() {
    a := 10
    b := 20
    fmt.Println("直接进行值拷贝")
    swap(a, b)
    fmt.Println(a, b)
    fmt.Println("通过指针进行值交换")
    pointerSwap(&a, &b)
    fmt.Println(a, b)
}

如上运行结果，可以发现通过指针进行值交换，变量的值也会发生变化，这里是因为指针的交换是直接修改内存地址上存储的值，调用完交换函数后，对应的内存空间值也进行了交换，因此外部的指针指向变量地址存储的值也发生了变化。

3 unsafe.Pointer

unsafe.Pointer 是特别定义的一种指针类型，能够包含任意类型变量的地址，以下是Go语言官方的定义：

• 任何类型的指针都可以被转化为 unsafe.Pointer；

• unsafe.Pointer 可以被转化位任何类型的指针；

• unintpr 可以被转化为 unsafe.Pointer；

• unsafe.Pointer 可以被转化为 uintptr。

因此，unsafe.Pointer 可以在不同的指针类型之间做转化，从而可以表示任意可寻址的指针类型：

i := 10
var p *int = &i
var fp *float32 = (*float32)(unsafe.Pointer(p))
*fp = *fp * 10
fmt.Println(i)

如上代码中，首先是声明了一个int类型的指针 p 指向变量 i ，然后int类型的指针转化为unsafe.Pointer再转化为float32类型的指针，最终对p指向内存地址的变量进行修改，打印出来i的地址发生了变化。

unsafe.Pointer 是一个万能指针，可以在任何指针类型之间进行转化，绕过了Go语言的类型安全机制，因此是一个不安全的操作。

unsafe.Pointer 还可以与 uintptr 类型之间相互转化，uintptr 是 Go语言内置的可以用于存储指针的整型，而整型是可以进行运算的，因此将 unsafe.Pointer 转化为 uintptr 类型后，就可以让本不具备运算能力的指针具备了指针运算能力：

arr := [3]int{1, 2, 3}
ap := &arr
// unsafe.Sizeof 数组元素偏移量
// ap由unsafe.Pointer -> uintptr -> unsafe.Pointer
sp := (*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(ap)) + unsafe.Sizeof(arr[0])))
*sp += 3

这里，将arr数组的内存地址赋值给指针ap，通过unsafe.Pointer转化为uintptr类型，再加上数组中第一个元素的偏移量，就可以得到该数组中第二个元素的内存地址，最后通过unsafe.Pointer将其转化为int类型指针赋值给sp，修改sp指针指向内存地址的变量值。

通过如上操作，能够绕过Go语言中指针的安全限制，实现对指针的动态偏移和计算，但这样操作，如果数组发生了越界也不会报错，而是返回下一个内存地址的值，破坏了内存的安全限制，因此这个操作也是不安全的操作，尽量避免unsafe.Pointer的相关使用，必须使用时需要非常谨慎。