go unsafe.Pointer 使用

go unsafe.Pointer 使用

事实上,在开源代码中我们会比较少看到 unsafe.Pointer 的运用, 但是在go源码中你会发现大量的 unsafe.Pointer 的使用痕迹!


  • Go语言指针的限制

    Go语言的指针 与 C语言的指针 不同,为了安全考虑Go指针做了很多限制:

    • Go的指针不能进行数学运算,无法进行指针偏移
    • 不同类型的指针不能进行相互转换
    • 不同类型的指针不能使用 == 或 != 比较
    • 不同类型的指针变量不能相互赋值
      a := 2
      b := 0.64
    
      ap := &a
      bp := &b
    
      println(ap == nil) // 指针能与nil比较
      println(ap == bp)  // 编译报错,不同类型的指针不能使用 == 或 != 比较
      ap = bp            // 编译报错,不同类型的指针变量不能相互赋值
      ap++               // 编译报错,Go 的指针不能进行数学运算
    

  • Go语言的unsafe.Pointer

    前面说了,Go指针是安全的,因为做了很多限制,当然Go也有不安全的指针,就是 unsafe.Pointer

    虽然官方并不建议大家使用,但是某些情况下 unsafe.Pointer 能让代码更高效,这也是为什么go源码大量使用 unsafe.Pointer 的原因所在。

    官方文档对 unsafe.Pointer 的描述:

    Pointer represents a pointer to an arbitrary type. There are four special operations available for type Pointer that are not available for other types:
    
      A pointer value of any type can be converted to a Pointer.
      A Pointer can be converted to a pointer value of any type.
      A uintptr can be converted to a Pointer.
      A Pointer can be converted to a uintptr.
    
      任何类型的指针都可以被转化为Pointer
      Pointer可以被转化为任何类型的指针
      uintptr可以被转化为Pointer
      Pointer可以被转化为uintptr
    

    可以看到 unsafe.Pointer 作为“桥梁”的作用,可以将使任意的类型 T1、T2 间相互转换,同时也可以通过 T -> unsafe.Pointer -> uintptr 进行偏移量运算。

  • 如何使用unsafe.Pointer
    1. 利用 unsafe.Pointer 将 T1的指针 转换为 T2的指针

      ### 前提: T1的实际内存字节长度 >= T2的实际内存字节长度, 不然会导致T2的部分字节位丢失
      
      v1 := int64(1)
      v2 := float64(1)
      
      fmt.Println(reflect.TypeOf(v1)) //int64
      fmt.Println(reflect.TypeOf(v2)) //float64
      
      fmt.Println(reflect.TypeOf(&v1)) //*int64
      fmt.Println(reflect.TypeOf(&v2)) //*float64
      
      p1 := &v1
      p1 = (*int64)(unsafe.Pointer(&v2)) //使用unsafe.Pointer进行类型的转换
      
      fmt.Println(reflect.TypeOf(p1)) // *int64
      // float64(1) 的二进制为 "0011111111110000000000000000000000000000000000000000000000000000"
      // 由于是浮点数,内存中存储的二进制后几位不一定相同,因此 *p1 可能会不等于 "4607182418800018688"
      fmt.Println(*p1) // 4607182418800017408,
      
    2. 使用 unsafe.Pointer 直接操作结构体内存

      # struct
      type Obj struct {
        _v1 int32
        _v2 int64
      }
      func (o *Obj) String() {
        fmt.Printf("v1: %d, v2: %d\n", o._v1, o._v2)
      }
      
      # mian()
      func main() {
        obj := &Obj{}
      
        v1P := (*int32)(unsafe.Pointer(obj))
        *v1P = int32(12)
      
        v2P := (*int64)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(obj)) + uintptr(unsafe.Sizeof(int64(0)))))
        *v2P = int64(18)
      
        obj.String() // v1: 12, v2: 18
      }
      

      事实上上面的写法是有问题的,他忽略了struct的内存对齐问题!
      正确的写法应该是:

      # struct
      type Obj struct {
        _v1 int32
        _v2 int64
        _v3 uint8
      }
      
      func (o *Obj) String() {
        fmt.Printf("v1: %d, v2: %d, v3: %d\n", o._v1, o._v2, o._v3)
      }
      
      # mian()
      func main() {
        obj := &Obj{}
        println(unsafe.Alignof(obj))
      
        v1P := (*int32)(unsafe.Pointer(obj))
        *v1P = int32(12)
      
        v2P := (*int64)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(obj)) + unsafe.Alignof(obj)))
        *v2P = int64(18)
      
        v3P := (*uint8)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(obj)) + +unsafe.Alignof(obj) + unsafe.Alignof(obj)))
        *v3P = uint8(11)
      
        obj.String()
      }
      
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