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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 語言版示例：

#include <stdio.h> 
 
int main() 
{ 
    int bar = 1; 
    // 聲明一個(gè)指向 int 類型的值的指針 
    int *ptr; 
    // 通過 & 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 語言版示例：

package main 
 
import "fmt" 
 
func main() { 
 bar := 1 
 // 聲明一個(gè)指向 int 類型的值的指針 
 var ptr *int 
 // 通過 & 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)鍵字來分配內(nèi)存創(chuàng)建指定類型的指針。

// 聲明一個(gè)指向 int 類型的值的指針 
// var ptr *int 
ptr := new(int) 
// 通過 & 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 類型的值的指針。

而 &arr 是一個(gè)指向 int[5] 類型的值的指針。

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 語言中的 arr 和 &arr 的區(qū)別了吧，接下來看看 Go 語言

// 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)字類型，不支持運(yùn)算，說明 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++ 過渡文檔中有提到過：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)庫中提供了一個(gè) unsafe 包用于編譯階段繞過 Go 語言的類型系統(tǒng)，直接操作內(nèi)存。

我們可以利用 unsafe 包來實(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)置類型。是一個(gè)無符號(hào)整數(shù)，用來存儲(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 : 表示指向任意類型的指針，可以和任何類型的指針互相轉(zhuǎn)換(類似 C 語言中的 void* 類型的指針)，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)可以是任意類型的表達(dá)式，例如 fmt.Println(unsafe.Sizeof(uint32(0))) 的結(jié)果為 4
• unsafe.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 類型存儲(chǔ)的是地址，且支持?jǐn)?shù)學(xué)運(yùn)算

*T (任意指針類型) 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類型) => one(unsafe.Pointer類型) 
 one := unsafe.Pointer(ptr) 
 // one(unsafe.Pointer類型) => *uint32 
 fmt.Println(one, *(*uint32)(one)) 
 
 // one(unsafe.Pointer類型) => one(uintptr類型) 后向高位移動(dòng) unsafe.Sizeof(arr[0]) = 4 字節(jié) 
 // twoUintptr := uintptr(one) + unsafe.Sizeof(arr[0]) 
 // ?。woUintptr 不能作為臨時(shí)變量 
 // uintptr 類型的臨時(shí)變量只是一個(gè)無符號(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)制來操控指針，但對(duì)我們開發(fā)者而言，是 "unsafe" 不安全的

參考資料

[1]Go Wiki: https://github.com/golang/go/wiki/GoForCPPProgrammers

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