Go 與 C 的指針
C 和 Go 都是有指針概念的語(yǔ)言，這篇文章主要借這兩者之間的異同來(lái)加深對(duì) Go 指針的理解和使用。
運(yùn)算符
C 和 Go 都相同：
&運(yùn)算符取出變量所在的內(nèi)存地址*運(yùn)算符取出指針變量所指向的內(nèi)存地址里面的值，也叫 “ 解引用 ”
C 語(yǔ)言版示例：
#include <stdio.h>
int main()
{
int bar = 1;
// 聲明一個(gè)指向 int 類(lèi)型的值的指針
int *ptr;
// 通過(guò) & 取出 bar 變量所在的內(nèi)存地址并賦值給 ptr 指針
ptr = &bar;
// 打印 ptr 的值（為地址），*prt 表示取出指針變量所指向的內(nèi)存地址里面的值
printf("%p %d\n", ptr, *ptr);
return (0);
}
// 輸出結(jié)果：
// 0x7ffd5471ee54 1
Go 語(yǔ)言版示例：
package main
import "fmt"
func main() {
bar := 1
// 聲明一個(gè)指向 int 類(lèi)型的值的指針
var ptr *int
// 通過(guò) & 取出 bar 變量所在的內(nèi)存地址并賦值給 ptr 指針
ptr = &bar
// 打印 ptr 變量?jī)?chǔ)存的指針地址，*prt 表示取出指針變量所指向的內(nèi)存地址里面的值
fmt.Printf("%p %d\n", ptr, *ptr)
}
// 輸出結(jié)果：
// 0xc000086020 1
Go 還可以使用 new 關(guān)鍵字來(lái)分配內(nèi)存創(chuàng)建指定類(lèi)型的指針。
// 聲明一個(gè)指向 int 類(lèi)型的值的指針
// var ptr *int
ptr := new(int)
// 通過(guò) & 取出 bar 變量所在的內(nèi)存地址并賦值給 ptr 指針
ptr = &bar
數(shù)組名和數(shù)組首地址
對(duì)于一個(gè)數(shù)組
// C
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
// Go
// 需要指定長(zhǎng)度，否則類(lèi)型為切片
arr := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
在 C 中，數(shù)組名 arr 代表的是數(shù)組首元素的地址，相當(dāng)于 &arr[0]
而 &arr 代表的是整個(gè)數(shù)組 arr 的首地址
// C
// arr 數(shù)組名代表數(shù)組首元素的地址
printf("arr -> %p\n", arr);
// &arr[0] 代表數(shù)組首元素的地址
printf("&arr[0] -> %p\n", &arr[0]);
// &arr 代表整個(gè)數(shù)組 arr 的首地址
printf("&arr -> %p\n", &arr);
// 輸出結(jié)果：
// arr -> 0061FF0C
// &arr[0] -> 0061FF0C
// &arr -> 0061FF0C
運(yùn)行程序可以發(fā)現(xiàn) arr 和 &arr 的輸出值是相同的，但是它們的意義完全不同。
首先數(shù)組名 arr 作為一個(gè)標(biāo)識(shí)符，是 arr[0] 的地址，從 &arr[0] 的角度去看就是一個(gè)指向 int 類(lèi)型的值的指針。
而 &arr 是一個(gè)指向 int[5] 類(lèi)型的值的指針。
可以進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行指針偏移驗(yàn)證
// C
// 指針偏移
printf("arr+1 -> %p\n", arr + 1);
printf("&arr+1 -> %p\n", &arr + 1);
// 輸出結(jié)果：
// arr+1 -> 0061FF10
// &arr+1 -> 0061FF20
這里涉及到偏移量的知識(shí)：一個(gè)類(lèi)型為 T 的指針的移動(dòng)，是以 sizeof(T) 為移動(dòng)單位的。
arr+1: arr 是一個(gè)指向 int 類(lèi)型的值的指針，因此偏移量為1*sizeof(int)&arr+1: &arr 是一個(gè)指向 int[5] 的指針，它的偏移量為1*sizeof(int)*5
到這里相信你應(yīng)該可以理解 C 語(yǔ)言中的 arr 和 &arr 的區(qū)別了吧，接下來(lái)看看 Go 語(yǔ)言
// 嘗試將數(shù)組名 arr 作為地址輸出
fmt.Printf("arr -> %p\n", arr)
fmt.Printf("&arr[0] -> %p\n", &arr[0])
fmt.Printf("&arr -> %p\n", &arr)
// 輸出結(jié)果：
// arr -> %!p([5]int=[1 2 3 4 5])
// &arr[0] -> 0xc00000c300
// &arr -> 0xc00000c300
&arr[0] 和 &arr 與 C 語(yǔ)言一致。
但是數(shù)組名 arr 在 Go 中已經(jīng)不是數(shù)組首元素的地址了，代表的是整個(gè)數(shù)組的值，所以輸出時(shí)會(huì)提示 %!p([5]int=[1 2 3 4 5])
指針運(yùn)算
指針本質(zhì)上就是一個(gè)無(wú)符號(hào)整數(shù)，代表了內(nèi)存地址。
指針和整數(shù)值可以進(jìn)行加減法運(yùn)算，比如上文的指針偏移例子：
加
n: 一個(gè)類(lèi)型為T的指針，以n*sizeof(T)為單位向高位移動(dòng)。減
n: 一個(gè)類(lèi)型為T的指針，以n*sizeof(T)為單位向低位移動(dòng)。
其中 sizeof(T) 代表的是數(shù)據(jù)類(lèi)型占據(jù)的字節(jié)，比如 int 在 32 位環(huán)境下為 4 字節(jié)，64 位環(huán)境下為 8 字節(jié)
C 語(yǔ)言示例：
#include <stdio.h>
int main()
{
int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
// ptr 是一個(gè)指針，為 arr 數(shù)組的第一個(gè)元素地址
int *ptr = arr;
printf("%p %d\n", ptr, *ptr);
// ptr 指針向高位移動(dòng)一個(gè)單位，移向到 arr 數(shù)組第二個(gè)元素地址
ptr++;
printf("%p %d\n", ptr, *ptr);
return (0);
}
// 輸出結(jié)果：
// 0061FF08 1
// 0061FF0C 2
在這里 ptr++ 從 0061FF08 移動(dòng)了 sizeof(int) = 4 個(gè)字節(jié)到 0061FF0C ，指向了下一個(gè)數(shù)組元素的地址
Go 語(yǔ)言示例：
package main
import "fmt"
func main() {
arr := [5]uint32{1, 2, 3, 4, 5}
// ptr 是一個(gè)指針，為 arr 數(shù)組的第一個(gè)元素地址
ptr := &arr[0]
fmt.Println(ptr, *ptr)
// ptr 指針向高位移動(dòng)一個(gè)單位，移向到 arr 數(shù)組第二個(gè)元素地址
ptr++
fmt.Println(ptr, *ptr)
}
// 輸出結(jié)果：
// 編譯報(bào)錯(cuò)：
// .\main.go:13:5: invalid operation: ptr++ (non-numeric type *uint32)
編譯報(bào)錯(cuò) *uint32 非數(shù)字類(lèi)型，不支持運(yùn)算，說(shuō)明 Go 是不支持指針運(yùn)算的。
這個(gè)其實(shí)在 Go Wiki[1] 中的 Go 從 C++ 過(guò)渡文檔中有提到過(guò)：Go has pointers but not pointer arithmetic.
Go 有指針但不支持指針運(yùn)算。
另辟蹊徑
那還有其他辦法嗎？答案當(dāng)然是有的。
在 Go 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中提供了一個(gè) unsafe 包用于編譯階段繞過(guò) Go 語(yǔ)言的類(lèi)型系統(tǒng)，直接操作內(nèi)存。
我們可以利用 unsafe 包來(lái)實(shí)現(xiàn)指針運(yùn)算。
func Alignof(x ArbitraryType) uintptr
func Offsetof(x ArbitraryType) uintptr
func Sizeof(x ArbitraryType) uintptr
type ArbitraryType
func Slice(ptr *ArbitraryType, len IntegerType) []ArbitraryType
type IntegerType
type Pointer
func Add(ptr Pointer, len IntegerType) Pointer
核心介紹：
uintptr: Go 的內(nèi)置類(lèi)型。是一個(gè)無(wú)符號(hào)整數(shù)，用來(lái)存儲(chǔ)地址，支持?jǐn)?shù)學(xué)運(yùn)算。常與unsafe.Pointer配合做指針運(yùn)算unsafe.Pointer: 表示指向任意類(lèi)型的指針，可以和任何類(lèi)型的指針互相轉(zhuǎn)換（類(lèi)似 C 語(yǔ)言中的void*類(lèi)型的指針），也可以和uintptr互相轉(zhuǎn)換unsafe.Sizeof: 返回操作數(shù)在內(nèi)存中的字節(jié)大小，參數(shù)可以是任意類(lèi)型的表達(dá)式，例如fmt.Println(unsafe.Sizeof(uint32(0)))的結(jié)果為4unsafe.Offsetof: 函數(shù)的參數(shù)必須是一個(gè)字段 x.f，然后返回 f 字段相對(duì)于 x 起始地址的偏移量，用于計(jì)算結(jié)構(gòu)體成員的偏移量
原理：
Go 的 uintptr 類(lèi)型存儲(chǔ)的是地址，且支持?jǐn)?shù)學(xué)運(yùn)算
*T (任意指針類(lèi)型) 和 unsafe.Pointer 不能運(yùn)算，但是 unsafe.Pointer 可以和 *T 、 uintptr 互相轉(zhuǎn)換
因此，將 *T 轉(zhuǎn)換為 unsafe.Pointer 后再轉(zhuǎn)換為 uintptr ，uintptr 進(jìn)行運(yùn)算之后重新轉(zhuǎn)換為 unsafe.Pointer => *T 即可
代碼實(shí)現(xiàn)：
package main
import (
"fmt"
"unsafe"
)
func main() {
arr := [5]uint32{1, 2, 3, 4, 5}
ptr := &arr[0]
// ptr(*uint32類(lèi)型) => one(unsafe.Pointer類(lèi)型)
one := unsafe.Pointer(ptr)
// one(unsafe.Pointer類(lèi)型) => *uint32
fmt.Println(one, *(*uint32)(one))
// one(unsafe.Pointer類(lèi)型) => one(uintptr類(lèi)型) 后向高位移動(dòng) unsafe.Sizeof(arr[0]) = 4 字節(jié)
// twoUintptr := uintptr(one) + unsafe.Sizeof(arr[0])
// ！！twoUintptr 不能作為臨時(shí)變量
// uintptr 類(lèi)型的臨時(shí)變量只是一個(gè)無(wú)符號(hào)整數(shù)，并不知道它是一個(gè)指針地址，可能被 GC
// 運(yùn)算完成后應(yīng)該直接轉(zhuǎn)換回 unsafe.Pointer :
two := unsafe.Pointer(uintptr(one) + unsafe.Sizeof(arr[0]))
fmt.Println(two, *(*uint32)(two))
}
// 輸出結(jié)果：
// 0xc000012150 1
// 0xc000012154 2
甚至還可以更改結(jié)構(gòu)體的私有成員：
// model/model.go
package model
import (
"fmt"
)
type M struct {
foo uint32
bar uint32
}
func (m M) Print() {
fmt.Println(m.foo, m.bar)
}
// main.go
package main
import (
"example/model"
"unsafe"
)
func main() {
m := model.M{}
m.Print()
foo := unsafe.Pointer(&m)
*(*uint32)(foo) = 1
bar := unsafe.Pointer(uintptr(foo) + 4)
*(*uint32)(bar) = 2
m.Print()
}
// 輸出結(jié)果：
// 0 0
// 1 2
小 Tips
Go 的底層 slice 切片源碼就使用了 unsafe 包
// slice 切片的底層結(jié)構(gòu)
type slice struct {
// 底層是一個(gè)數(shù)組指針
array unsafe.Pointer
// 長(zhǎng)度
len int
// 容量
cap int
}
總結(jié)
Go 可以使用
&運(yùn)算符取地址，也可以使用new創(chuàng)建指針Go 的數(shù)組名不是首元素地址
Go 的指針不支持運(yùn)算
Go 可以使用
unsafe包打破安全機(jī)制來(lái)操控指針，但對(duì)我們開(kāi)發(fā)者而言，是 "unsafe" 不安全的
參考資料
Go Wiki: https://github.com/golang/go/wiki/GoForCPPProgrammers