golang unsafe 和 uintptr 指针

golang unsafe 和 uintptr 指针

1.golang中的指针类型

三个类型
其实指针有三种：
一种是我们常见的*，用*去表示的指针；
一种是unsafe.Pointer，Pointer是unsafe包下的一个类型；
最后一种是uintptr，uintptr 这玩意是可以进行运算的也就是可以++–；

他们之间有这样的转换关系：
*<=> unsafe.Pointer <=> uintptr

有一点要注意的是，uintptr 并没有指针的语义，意思就是 uintptr 所指向的对象会被 gc 无情地回收。而 unsafe.Pointer 有指针语义，可以保护它所指向的对象在“有用”的时候不会被垃圾回收。
从这样的关系你大概就可以猜到，我们使用的指针*p转换成Pointer然后转换uintptr进行运算之后再原路返回，理论上就能等同于进行了指针的运算。我们下面就来实践一下。

2.具体操作

unsafe操作slice

func main() {
    s := make([]int, 10)
    s[1] = 2
    
    p := &s[0]
    fmt.Println(*p)
    
    up := uintptr(unsafe.Pointer(p)) //这里有可能会被回收 所以最好写成 (*int)unsafe.Pointer（uintptr(unsafe.Pointer(p))+unsafe.Sizeof(int(0))）
    up += unsafe.Sizeof(int(0)) // 这里不是up++

    p2 := (*int)(unsafe.Pointer(up))
    fmt.Println(*p2)
}

输出：
0
2

从代码中我们可以看到，我们首先将指针指向切片的第一个位置，然后通过转换得到uintptr，操作uintptr + 上8位（注意这里不能++因为存放的是int，下一个元素位置相隔举例int个字节），最后转换回来得到指针，取值，就能取到切片的第二个位置了。

unsafe操作struct（可以访问私有属性）
我们知道如果一个结构体里面定义的属性是私有的，那么这个属性是不能被外界访问到的。我们来看看下面这个操作：

package main

type User struct {
    age  int
    name string
}


package main

func main() {
    user := &User{}
    fmt.Println(user)
    
    s := (*int)(unsafe.Pointer(user))
    *s = 15

    up := uintptr(unsafe.Pointer(user)) + unsafe.Sizeof(int(0))

    namep := (*string)(unsafe.Pointer(up))
    *namep = "ljy" 

    fmt.Println(user)
}

User是另外一个basic包中的结构体，其中的age是小写开头的，理论上来说，我们在外部没有办法修改age的值，但是经过上面这波操作之后，输出信息是：
&{0 }
&{10 xxx}
也就是说成功操作到了结构体的私有属性。

顺便提一句：创建结构体会被分配一块连续的内存，结构体的地址也代表了第一个成员的地址。

字符串和byte数组转换inplace
我们知道如果将字符串转换成[]byte非常方便

s := "123"
a := []byte(s)

但是这样需要开辟额外的空间，那么如何实现原地的，不需要拷贝数据的转换呢？
其实从底层的存储角度来说，string的存储规则和[]byte是一样的，也就是说，其实指针都是从某个位置开始到一段空间，中间一格一格。所以利用unsafe就可以做到。

func main() {
    s := "123"
    a := []byte(s)
    
    print("s = " , &s, "\n")
    print("a = " , &a, "\n")
    
    a2 := (*[]byte)(unsafe.Pointer(&s))
    print("a2 = " , a2, "\n")

    fmt.Println(*a2)
}
输出结果：
s = 0xc420055f40
a = 0xc420055f60
a2 = 0xc420055f40
[49 50 51]

我们可以看到s和a的地址是不一样的，但是s和a2的地址是一样的，并且a2已经是一个[]byte了。

存在的问题
其实这个转换是存在问题的，问题就在新的[]byte的Cap没有正确的初始化。
我们打印一下cap看一下

fmt.Println(“cap a =”, cap(a))  
fmt.Println(“cap a2 =”, cap(*a2))  
结果是：
cap a = 32
cap a2 = 17418400

问题的原因
在src/reflect/value.go下看

type StringHeader struct {
	Data uintptr
	Len  int
}

type SliceHeader struct {
	Data uintptr
	Len  int
	Cap  int
}

看到其实string没有cap而[]byte有，所以导致问题出现，也容易理解，string是没有容量扩容这个说法的，所以新的[]byte没有赋值cap所以使用了默认值。

问题解决

stringHeader := (*reflect.StringHeader)(unsafe.Pointer(&s))

bh := reflect.SliceHeader{
	Data: stringHeader.Data,
	Len:  stringHeader.Len,
	Cap:  stringHeader.Len,
}

return *(*[]byte)(unsafe.Pointer(&bh))

通过重新设置SliceHeader就可以完成

3.总结

1、没啥事别乱用了，unsafe不安全。
2、源码中很多大量的使用了指针移动的操作，想看源码需要对这方面有所了解。