Go：為什么你應(yīng)當避免使用指針

https://medium.com/better-programming/why-you-should-avoid-pointers-in-go-36724365a2a7

作者：Dirk Hoekstra

四哥水平有限，如有翻譯或理解錯誤，煩請幫忙指出，感謝！

別被作者的這個標題誤導了，其實閱讀完全文，發(fā)現(xiàn)作者并不是排斥使用指針，而是應(yīng)選擇適當?shù)膱鼍叭ナ褂弥羔?/strong>。關(guān)于指針的基礎(chǔ)知識，可以閱讀公號之前發(fā)的文章?指針。

原文如下：

什么是指針

為了覆蓋基礎(chǔ)知識，我們先講解什么是指針。

看下面 CoffeeMachine 的例子，CoffeeMachine 結(jié)構(gòu)體中保存咖啡豆的數(shù)量。

為了創(chuàng)建一臺“咖啡機”，我需要使用 NewCoffeeMachine() 函數(shù)。

這里我創(chuàng)建了一個新的結(jié)構(gòu)體，使用 & 操作符返回結(jié)構(gòu)體的引用。

type?CoffeeMachine?struct?{
????NumberOfCoffeeBeans?int
}

func?NewCoffeeMachine()?*CoffeeMachine?{
????return?&CoffeeMachine{}
}

當我將 CoffeeMachine 結(jié)構(gòu)體的引用傳遞給其他函數(shù)時，在這些函數(shù)里可以改變結(jié)構(gòu)體的底層數(shù)據(jù)。

例如，我可以創(chuàng)建 SetNumberOfCoffeeBeans() 函數(shù)，可以像下面這樣在函數(shù)內(nèi)部改變 CoffeeMachine 結(jié)構(gòu)體的值：

package?main

import?"fmt"

type?CoffeeMachine?struct?{
????NumberOfCoffeeBeans?int
}

func?NewCoffeeMachine()?*CoffeeMachine?{
????return?&CoffeeMachine{}
}

func?(cm?*CoffeeMachine)?SetNumberOfCoffeeBeans(n?int)?{
????cm.NumberOfCoffeeBeans?=?n
}

func?main()?{
????cm?:=?NewCoffeeMachine()
????cm.SetNumberOfCoffeeBeans(100)

????fmt.Printf("The?coffee?machine?has?%d?beans\n",?cm.NumberOfCoffeeBeans)
}

因為 SetNumberOfCoffeeBeans() 函數(shù)的指針接收者指向 CoffeeMachine() 結(jié)構(gòu)體的底層結(jié)構(gòu)，所以在函數(shù)內(nèi)部可以直接改變結(jié)構(gòu)體字段的值。

因此，當我運行此程序時，顯示機器中確實有 100 個咖啡豆！

go?run?main.go
The?coffee?machine?has?100?beans

不使用指針解決這個問題

我們可以使用非指針方式實現(xiàn)同樣的“咖啡機”

func?NewCoffeeMachine()?CoffeeMachine?{
????return?CoffeeMachine{}
}

func?(cm?CoffeeMachine)?SetNumberOfCoffeeBeans(n?int)?CoffeeMachine?{
????cm.NumberOfCoffeeBeans?=?n
????return?cm
}

func?main()?{
????cm?:=?NewCoffeeMachine()
????cm?=?cm.SetNumberOfCoffeeBeans(100)

????fmt.Printf("The?coffee?machine?has?%d?beans\n",?cm.NumberOfCoffeeBeans)
}

現(xiàn)在主要不同的是 SetNumberOfCoffeeBeans() 函數(shù)接收的是 CoffeeMachine 結(jié)構(gòu)體的副本，正因為這樣，需要返回更新之后的 CoffeeMachine 結(jié)構(gòu)體。

輸出結(jié)構(gòu)如下：

go?run?main.go
The?coffee?machine?has?100?beans

性能

好的，到這里你可能會在想：“是不是傳值始終都會比傳指針效率低”。

現(xiàn)在我們來做個實用性的測試，比較下傳指針和傳值的效率。

我修改了 CoffeeMachine 結(jié)構(gòu)體，加入了兩個字段 UID 和 Description。

type?CoffeeMachine?struct?{
????UID?string
????Description?string
????NumberOfCoffeeBeans?int
}

下一步，我使用指針方式給結(jié)構(gòu)體賦值，循環(huán) 100000 次，測量需要消耗多長時間。

func?main()?{
????cm?:=?NewCoffeeMachine()

????start?:=?time.Now()
????for?i?:=?0;?i<100000;?i++?{
????????cm.SetUID(fmt.Sprintf("random-generated-uid-%d",?i))
????????cm.SetNumberOfCoffeeBeans(i)
????????cm.SetDescription(fmt.Sprintf("This?is?the?best?coffee?machine?that?is?around!?This?is?version?%d",?i))
????}

????elapsed?:=?time.Since(start)
????fmt.Printf("It?took?%s\n",?elapsed)
}

同樣的，我們再次使用傳值的方式實現(xiàn)上面的賦值操作。

func?main()?{
????cm?:=?NewCoffeeMachine()

????start?:=?time.Now()
????for?i?:=?0;?i<100000;?i++?{
????????cm?=?cm.SetUID(fmt.Sprintf("random-generated-uid-%d",?i))
????????cm?=?cm.SetNumberOfCoffeeBeans(i)
????????cm?=?cm.SetDescription(fmt.Sprintf("This?is?the?best?coffee?machine?that?is?around!?This?is?version?%d",?i))
????}

????elapsed?:=?time.Since(start)
????fmt.Printf("It?took?%s\n",?elapsed)
}

分別執(zhí)行這兩段程序，發(fā)現(xiàn)消耗的時間差不多：

With?pointers?result:?????32ms
Without?pointers?result:?31ms

我上面舉例子使用的結(jié)構(gòu)體比較小，如果需要拷貝的結(jié)構(gòu)體很大，則性能差距會更大。

“意外之喜”

所以，使用指針的缺點是什么？

當你在函數(shù)之間傳指針時，你不知道是否會改變指針指向的值。

這增加了代碼庫的復(fù)雜性，并且隨著代碼的增長，很容易就會出現(xiàn)錯誤，因為調(diào)用堆棧深處的某個地方改變了指針指向的值。

最近，在我的項目里遇到了一個“搜索商品”的函數(shù)：

func?SearchProducts(criteria?*SearchCriteria)?[]Product?{
????//?Searches?for?products?here
}

在這個函數(shù)里，我不希望 SearchCriteria 被改變。但是，事實證明，在函數(shù)某個地方已經(jīng)將 SearchCriteria 的值改變了。

在我看來，盡可能使用不可變的參數(shù)（即值而不是指針）是一種更好的做法，并且可以避免此類bug。

指針的 Nil 值

使用指針的時候，我們都需要考慮指針可能為 nil 的情況。程序員在使用指針之前不會被明確地強制檢查指針是否為 nil 的情況，因此在代碼里很容易出現(xiàn)這種人為錯誤。

一起來思考下面這個例子：

package?main

import?"fmt"

type?Product?struct?{
????Price?string
}

func?GetProduct(productUid?string)?*Product?{
????//?Code?that?retrieves?a?product?or?nil?if?not?found.
????//?Let's?simulate?a?"not?found"?scenario.
????return?nil
}

func?main()?{
????product?:=?GetProduct("corona-face-mask")
????fmt.Println("The?Corona?Face?mask?is?currently?%d?euro's",?product.Price)
}

在這個例子中，函數(shù) GetProduct() 返回一個 nil 值，但是我們沒有強制檢查返回值是否為 nil，所以運行這代代碼會報錯 nil pointer：

panic:?runtime?error:?invalid?memory?address?or?nil?pointer?dereference
[signal?SIGSEGV:?segmentation?violation?code=0x1?addr=0x8?pc=0x10994f3]
goroutine?1?[running]:
main.main()
?main.go:17?+0x23
exit?status?2

解決這個問題更優(yōu)雅的做法是，如果商品沒有找到就返回空結(jié)構(gòu)體和錯誤信息，想下面這樣：

package?main

import?(
????"fmt"
????"errors"
)

type?Product?struct?{
????Price?string
}

func?GetProduct(productUid?string)?(Product,?error)?{
????//?Code?that?retrieves?a?product?or?nil?if?not?found.
????//?Let's?simulate?a?"not?found"?scenario.
????return?Product{},?errors.New("Product?not?found")
}

func?main()?{
????product,?err?:=?GetProduct("corona-face-mask")
????if?err?!=?nil?{
????????fmt.Println("Error,?product?not?found")
????}?else?{
????????fmt.Println("The?Corona?Face?mask?is?currently?%d?euro's",?product.Price)
????}
}

像上面那樣，判斷返回值是否為 nil，絕對可以確保不會發(fā)生 nil pointer 錯誤。

什么時候使用指針

好吧，使用指針并不總是壞事，下面這兩種情況你應(yīng)當使用指針

當你確實需要修改參數(shù)的時候

舉個例子，下面的代碼片段，通過指針的方式可以直接在函數(shù) setName() 里面修改 User 結(jié)構(gòu)體的 Name 字段。

type?User?struct?{
????Name?string
}

func?(user?*User)?setName(name?string)?{
????user.Name?=?name????
}

func?main()?{
????user?:=?&User{}
????user.setName("John")
}

當使用單例的時候

有時候，當需要在全局保存唯一一個實例時，使用指針就很重要，這樣就能確保內(nèi)存中的數(shù)據(jù)不會發(fā)生多次拷貝(拷貝是需要消耗性能的)。

總結(jié)

不要在項目里面瘋狂地使用指針，而是要考慮何時以及如何更好地使用指針。

如果你遵循上面的建議，大概率你就不會再次遇到 nil pointer dereference 的錯誤！