内容简介:在上一篇文章原文地址:在大家学习 Go 的时候,肯定都学过 “Go 的指针是不支持指针运算和转换” 这个知识点。为什么呢?
在上一篇文章 《深入理解 Go Slice》
中,大家会发现其底层数据结构使用了 unsafe.Pointer
。因此想着再介绍一下其关联知识
原文地址: 有点不安全却又一亮的 Go unsafe.Pointer
前言
在大家学习 Go 的时候,肯定都学过 “Go 的指针是不支持指针运算和转换” 这个知识点。为什么呢?
首先,Go 是一门静态语言,所有的变量都必须为标量类型。不同的类型不能够进行赋值、计算等跨类型的操作。那么指针也对应着相对的类型,也在 Compile 的静态类型检查的范围内。同时静态语言,也称为强类型。也就是一旦定义了,就不能再改变它
错误示例
func main(){ num := 5 numPointer := &num flnum := (*float32)(numPointer) fmt.Println(flnum) }
输出结果:
# command-line-arguments ...: cannot convert numPointer (type *int) to type *float32
在示例中,我们创建了一个 num
变量,值为 5,类型为 int
。取了其对于的指针地址后,试图强制转换为 *float32
,结果失败...
unsafe
针对刚刚的 “错误示例”,我们可以采用今天的男主角 unsafe
标准库来解决。它是一个神奇的包,在官方的诠释中,有如下概述:
- 围绕 Go 程序内存安全及类型的操作
- 很可能会是不可移植的
- 不受 Go 1 兼容性指南的保护
简单来讲就是,不怎么推荐你使用。因为它是 unsafe(不安全的),但是在特殊的场景下,使用了它。可以打破 Go 的类型和内存安全机制,让你获得眼前一亮的惊喜效果 :smile:
Pointer
为了解决这个问题,需要用到 unsafe.Pointer
。它表示任意类型且可寻址的指针值,可以在不同的指针类型之间进行转换(类似 C 语言的 void * 的用途)
其包含四种核心操作:
- 任何类型的指针值都可以转换为 Pointer
- Pointer 可以转换为任何类型的指针值
- uintptr 可以转换为 Pointer
- Pointer 可以转换为 uintptr
在这一部分,重点看第一点、第二点。你再想想怎么修改 “错误示例” 让它运行起来?
func main(){ num := 5 numPointer := &num flnum := (*float32)(unsafe.Pointer(numPointer)) fmt.Println(flnum) }
输出结果:
0xc4200140b0
在上述代码中,我们小加改动。通过 unsafe.Pointer
的特性对该指针变量进行了修改,就可以完成任意类型(*T)的指针转换
需要注意的是,这时还无法对变量进行操作或访问。因为不知道该指针地址指向的东西具体是什么类型。不知道是什么类型,又如何进行解析呢。无法解析也就自然无法对其变更了
Offsetof
在上小节中,我们对普通的指针变量进行了修改。那么它是否能做更复杂一点的事呢?
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 = "煎鱼" njPointer := (*int64)(unsafe.Pointer(uintptr(nPointer) + unsafe.Offsetof(n.j))) *njPointer = 2 fmt.Printf("n.i: %s, n.j: %d", n.i, n.j) }
输出结果:
n.i: 煎鱼, n.j: 2
在剖析这段代码做了什么事之前,我们需要了解结构体的一些基本概念:
- 结构体的成员变量在内存存储上是一段连续的内存
- 结构体的初始地址就是第一个成员变量的内存地址
- 基于结构体的成员地址去计算偏移量。就能够得出其他成员变量的内存地址
再回来看看上述代码,得出执行流程:
-
修改
n.i
值:i
为第一个成员变量。因此不需要进行偏移量计算,直接取出指针后转换为Pointer
,再强制转换为字符串类型的指针值即可 -
修改
n.j
值:j
为第二个成员变量。需要进行偏移量计算,才可以对其内存地址进行修改。在进行了偏移运算后,当前地址已经指向第二个成员变量。接着重复转换赋值即可
需要注意的是,这里使用了如下方法(来完成偏移计算的目标):
1、uintptr: uintptr
是 Go 的内置类型。返回无符号整数,可存储一个完整的地址。后续常用于指针运算
type uintptr uintptr
2、unsafe.Offsetof:返回变量的字节大小,也就是本文用到的偏移量大小。需要注意的是入参 ArbitraryType
表示任意类型,并非定义的 int
。它实际作用是一个占位符
func Offsetof(x ArbitraryType) uintptr
在这一部分,其实就是巧用了 Pointer
的第三、第四点特性。这时候就已经可以对变量进行操作了 :smile:
错误示例
func main(){ n := Num{i: "EDDYCJY", j: 1} nPointer := unsafe.Pointer(&n) ... ptr := uintptr(nPointer) njPointer := (*int64)(unsafe.Pointer(ptr + unsafe.Offsetof(n.j))) ... }
这里存在一个问题, uintptr
类型是不能存储在临时变量中的。因为从 GC 的角度来看, uintptr
类型的临时变量只是一个无符号整数,并不知道它是一个指针地址
因此当满足一定条件后, ptr
这个临时变量是可能被垃圾回收掉的,那么接下来的内存操作,岂不成迷?
总结
简洁回顾两个知识点。第一是 unsafe.Pointer
可以让你的变量在不同的指针类型转来转去,也就是表示为任意可寻址的指针类型。第二是 uintptr
常用于与 unsafe.Pointer
打配合,用于做指针运算,巧妙地很
最后还是那句,没有特殊必要的话。是不建议使用 unsafe
标准库,它并不安全。虽然它常常能让你眼前一亮 :ok_hand:
以上就是本文的全部内容,希望本文的内容对大家的学习或者工作能带来一定的帮助,也希望大家多多支持 码农网
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