我们已经知道,变量的本质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。
和PHP、Python、Java不同,Go语言支持指针,如果一个变量是指针类型的,那么就可以用这个变量来存储指针类型的值。
简单示例
我们来看一个简单的示例:
a:=
varptr*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)
上面代码中的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值,所以需要通过内存地址进行赋值(通过a可以获取变量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存储的变量值(我们通常将这种引用称作「间接引用」),所以上述代码打印结果是:
0xca
每次打印的ptr值可能不一样,因为存储变量a的内存地址在变动,不同操作系统打印的结果也不相同。
PHP/Java中也有类似通过进行引用传值的用法,其实这种用法的本质也是指针,只不过PHP/Java在语言级别屏蔽了指针的概念而已。
Go语言之所以引入指针类型,主要基于两点考虑,一个是为程序员提供操作变量对应内存数据结构的能力;另一个是为了提高程序的性能(指针可以直接指向某个变量值的内存地址,可以极大节省内存空间,操作效率也更高),这在系统编程、操作系统或者网络应用中是不容忽视的因素。
使用场景
指针在Go语言中有两个典型的使用场景:
类型指针
切片
作为类型指针时,允许对这个指针类型数据指向的内存地址存储值进行修改,传递数据时如果使用指针则无须拷贝数据从而节省内存空间,此外和C语言中的指针不同,Go语言中的类型指针不能进行偏移和运算,因此更为安全。
切片类型我们前面已经介绍过,由指向数组起始元素的指针、元素数量和容量组成,所以切片与数组不同,是引用类型,而非值类型。
基本使用
下面我们以一个简单的示例代码来演示Go语言中指针的基本使用。
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。
关于指针类型的声明我们在开头已经演示过,这里我们再回头看下这段代码:
varptr*int
fmt.Println(ptr)
a:=
ptr=a
fmt.Println(ptr)
fmt.Println(*ptr)
当指针被声明后,没有指向任何变量内存地址时,它的零值是nil,然后我们可以通过在给定变量前加上取地址符获取该变量对应的内存地址,再将其赋值给声明的指针类型,这样,就完成对指针类型的初始化了,接下来我们可以通过在指针类型前加上间接引用符*获取指针指向内存空间存储的变量值。
当然,和所有其他Go数据类型一样,我们也可以通过:=对指针类型进行初始化:
a:=
ptr:=a
fmt.Printf("%p\n",ptr)
fmt.Printf("%d\n",*ptr)
底层会自动判断指针的类型,在格式化输出时,可以通过%p来标识指针类型。
此外,还可以通过内置函数new声明指针:
ptr:=new(int)
*ptr=
通过指针传值
我们再来看一个通过指针传值的示例,通过指针传值就类似于PHP/Java中通过引用传值,这样做的好处是节省内存空间,此外还可以在调用函数中实现对变量值的修改,因为直接修改的是指针指向内存地址上存储的变量值,而不是值拷贝。
为了体现出区别,我们先看不使用指针的值拷贝示例:
funcswap(a,bint){
a,b=b,a
fmt.Println(a,b)
}
funcmain(){
a:=1
b:=2
swap(a,b)
fmt.Println(a,b)
}
上述代码的打印结果是:
21
12
下面我们通过指针传值来重构上述代码:
funcswap(a,b*int){
*a,*b=*b,*a
fmt.Println(*a,*b)
}
funcmain(){
a:=1
b:=2
swap(a,b)
fmt.Println(a,b)
}
上述代码的打印结果是
21
21
因为这次,我们是通过指针传值的(a、b都是指针,只不过我们没有显示声明而已),直接会对内存地址存储变量值进行交换操作,而主函数中的a、b变量仅仅是对应内存存储空间的别名而已,所以调用完swap函数后,它们所对应的内存空间存储值已经交换过来了。
unsafe.Pointer
我们前面介绍的指针都是被声明为指定类型的,而unsafe.Pointer是特别定义的一种指针类型,它可以包含任意类型变量的地址(类似C语言中的void类型指针)。Go官方文档对这个类型有如下四个描述:
任何类型的指针都可以被转化为unsafe.Pointer;
unsafe.Pointer可以被转化为任何类型的指针;
uintptr可以被转化为unsafe.Pointer;
unsafe.Pointer可以被转化为uintptr。
指针类型转化
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
varp*int=i
varfp*float32=(*float32)(unsafe.Pointer(p))
*fp=*fp*10
fmt.Println(i)//
这里,我们将指向int类型的指针转化为了unsafe.Pointer类型,再转化为*float32类型(参考前面的unsafe.Pointer转化规则1、2)并进行运算,最后发现i的值发生了改变。
这个示例说明了unsafe.Pointer是一个万能指针,可以在任何指针类型之间做转化,这就绕过了Go的类型安全机制,所以是不安全的操作。
指针运算实现
此外,根据上面的转化规则3、4,unsafe.Pointer还可以与uintptr类型之间相互转化,为什么要单独列出这个类型呢?
uintptr是Go内置的可用于存储指针的整型,而整型是可以进行数学运算的!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
sp:=(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(ap))+unsafe.Sizeof(arr[0])))
*sp+=3
fmt.Println(arr)
这里,我们将数组arr的内存地址赋值给指针ap,然后通过unsafe.Pointer这个桥梁转化为uintptr类型,再加上数组元素偏移量(通过unsafe.Sizeof函数获取),就可以得到该数组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指针,并进行修改,最终打印的结果是:
[]
这样一来,就可以绕过Go指针的安全限制,实现对指针的动态偏移和计算了,这会导致即使发生数组越界了,也不会报错,而是返回下一个内存地址存储的值,这就破坏了内存安全限制,所以这也是不安全的操作,我们在实际编码时要尽量避免使用,必须使用的话也要非常谨慎。