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本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)「腦子進(jìn)煎魚(yú)了」，作者陳煎魚(yú)。轉(zhuǎn)載本文請(qǐng)聯(lián)系腦子進(jìn)煎魚(yú)了公眾號(hào)。

大家好，我是煎魚(yú)。

大家在學(xué)習(xí) Go 的時(shí)候，肯定都學(xué)過(guò) “Go 的指針是不支持指針運(yùn)算和轉(zhuǎn)換” 這個(gè)知識(shí)點(diǎn)。為什么呢?

首先，Go 是一門(mén)靜態(tài)語(yǔ)言，所有的變量都必須為標(biāo)量類(lèi)型。不同的類(lèi)型不能夠進(jìn)行賦值、計(jì)算等跨類(lèi)型的操作。

那么指針也對(duì)應(yīng)著相對(duì)的類(lèi)型，也在 Compile 的靜態(tài)類(lèi)型檢查的范圍內(nèi)。同時(shí)靜態(tài)語(yǔ)言，也稱為強(qiáng)類(lèi)型。也就是一旦定義了，就不能再改變它。

錯(cuò)誤的示例

func main(){ 
 num := 5 
 numPointer := &num 
 
 flnum := (*float32)(numPointer) 
 fmt.Println(flnum) 
} 

輸出結(jié)果：

# command-line-arguments 
...: cannot convert numPointer (type *int) to type *float32 

在示例中，我們創(chuàng)建了一個(gè) num 變量，值為 5，類(lèi)型為 int，準(zhǔn)備干一番大事。

接下來(lái)我們?nèi)×似鋵?duì)于的指針地址后，試圖強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為 *float32，結(jié)果失敗...

萬(wàn)能的破壁 unsafe

針對(duì)剛剛的 “錯(cuò)誤示例”，我們可以采用今天的男主角 unsafe 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)來(lái)解決。它是一個(gè)神奇的包，在官方的詮釋中，有如下概述：

• 圍繞 Go 程序內(nèi)存安全及類(lèi)型的操作。
• 很可能會(huì)是不可移植的。
• 不受 Go 1 兼容性指南的保護(hù)。

簡(jiǎn)單來(lái)講就是，不怎么推薦你使用，因?yàn)樗?unsafe(不安全的)。

但是在特殊的場(chǎng)景下，使用了它，可以打破 Go 的類(lèi)型和內(nèi)存安全機(jī)制，讓你獲得眼前一亮的驚喜效果。

unsafe.Pointer

為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要用到 unsafe.Pointer。它表示任意類(lèi)型且可尋址的指針值，可以在不同的指針類(lèi)型之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換(類(lèi)似 C 語(yǔ)言的 void * 的用途)。

其包含四種核心操作：

• 任何類(lèi)型的指針值都可以轉(zhuǎn)換為 Pointer。
• Pointer 可以轉(zhuǎn)換為任何類(lèi)型的指針值。
• uintptr 可以轉(zhuǎn)換為 Pointer。
• Pointer 可以轉(zhuǎn)換為 uintptr。

在這一部分，重點(diǎn)看第一點(diǎn)、第二點(diǎn)。你再想想怎么修改 “錯(cuò)誤的例子” 讓它運(yùn)行起來(lái)?

修改如下：

func main(){ 
 num := 5 
 numPointer := &num 
 
 flnum := (*float32)(unsafe.Pointer(numPointer)) 
 fmt.Println(flnum) 
} 

輸出結(jié)果：

0xc4200140b0 

在上述代碼中，我們小加改動(dòng)。通過(guò) unsafe.Pointer 的特性對(duì)該指針變量進(jìn)行了修改，就可以完成任意類(lèi)型(*T)的指針轉(zhuǎn)換。

需要注意的是，這時(shí)還無(wú)法對(duì)變量進(jìn)行操作或訪問(wèn)，因?yàn)椴恢涝撝羔樀刂分赶虻臇|西具體是什么類(lèi)型。不知道是什么類(lèi)型，又如何進(jìn)行解析呢?

無(wú)法解析也就自然無(wú)法對(duì)其變更了。

unsafe.Offsetof

在上小節(jié)中，我們對(duì)普通的指針變量進(jìn)行了修改。那么它是否能做更復(fù)雜一點(diǎn)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 = "煎魚(yú)" 
 
 njPointer := (*int64)(unsafe.Pointer(uintptr(nPointer) + unsafe.Offsetof(n.j))) 
 *njPointer = 2 
 
 fmt.Printf("n.i: %s, n.j: %d", n.i, n.j) 
} 

輸出結(jié)果：

n.i: 煎魚(yú), n.j: 2 

在剖析這段代碼做了什么事之前，我們需要了解結(jié)構(gòu)體的一些基本概念：

• 結(jié)構(gòu)體的成員變量在內(nèi)存存儲(chǔ)上是一段連續(xù)的內(nèi)存。
• 結(jié)構(gòu)體的初始地址就是第一個(gè)成員變量的內(nèi)存地址。
• 基于結(jié)構(gòu)體的成員地址去計(jì)算偏移量。就能夠得出其他成員變量的內(nèi)存地址。

再回來(lái)看看上述代碼，得出執(zhí)行流程：

• 修改 n.i 值：i 為第一個(gè)成員變量。因此不需要進(jìn)行偏移量計(jì)算，直接取出指針后轉(zhuǎn)換為 Pointer，再?gòu)?qiáng)制轉(zhuǎn)換為字符串類(lèi)型的指針值即可。
• 修改 n.j 值：j 為第二個(gè)成員變量。需要進(jìn)行偏移量計(jì)算，才可以對(duì)其內(nèi)存地址進(jìn)行修改。在進(jìn)行了偏移運(yùn)算后，當(dāng)前地址已經(jīng)指向第二個(gè)成員變量。接著重復(fù)轉(zhuǎn)換賦值即可。

細(xì)節(jié)分析

需要注意的是，這里使用了如下方法(來(lái)完成偏移計(jì)算的目標(biāo))：

1、uintptr：uintptr 是 Go 的內(nèi)置類(lèi)型。返回?zé)o符號(hào)整數(shù)，可存儲(chǔ)一個(gè)完整的地址。后續(xù)常用于指針運(yùn)算

type uintptr uintptr 

2、unsafe.Offsetof：返回成員變量 x 在結(jié)構(gòu)體當(dāng)中的偏移量。更具體的講，就是返回結(jié)構(gòu)體初始位置到 x 之間的字節(jié)數(shù)。需要注意的是入?yún)? ArbitraryType 表示任意類(lèi)型，并非定義的 int。它實(shí)際作用是一個(gè)占位符

func Offsetof(x ArbitraryType) uintptr 

在這一部分，其實(shí)就是巧用了 Pointer 的第三、第四點(diǎn)特性。這時(shí)候就已經(jīng)可以對(duì)變量進(jìn)行操作了。

糟糕的例子

func main(){ 
 n := Num{i: "EDDYCJY", j: 1} 
 nPointer := unsafe.Pointer(&n) 
    ... 
 
 ptr := uintptr(nPointer) 
 njPointer := (*int64)(unsafe.Pointer(ptr + unsafe.Offsetof(n.j))) 
 ... 
} 

這里存在一個(gè)問(wèn)題，uintptr 類(lèi)型是不能存儲(chǔ)在臨時(shí)變量中的。因?yàn)閺?GC 的角度來(lái)看，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。

因此當(dāng)滿足一定條件后，ptr 這個(gè)臨時(shí)變量是可能被垃圾回收掉的，那么接下來(lái)的內(nèi)存操作，豈不成迷?

總結(jié)

簡(jiǎn)潔回顧兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)，如下：

• 第一是 unsafe.Pointer 可以讓你的變量在不同的指針類(lèi)型轉(zhuǎn)來(lái)轉(zhuǎn)去，也就是表示為任意可尋址的指針類(lèi)型。
• 第二是 uintptr 常用于與 unsafe.Pointer 打配合，用于做指針運(yùn)算，巧妙地很。

最后還是那句，沒(méi)有特殊必要的話。是不建議使用 unsafe 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，它并不安全。雖然它常常能讓你眼前一亮。