Go 普通指针类型、unsafe.Pointer、uintptr的区别与联系

Go 普通指针类型、unsafe.Pointer、uintptr的区别与联系

unsafe 是不安全的，所以我们应该尽可能少的使用它，比如内存的操纵，这是绕过 Go 本身设计的安全机制的，不当的操作，可能会破坏一块内存，而且这种问题非常不好定位。

当然必须的时候我们可以使用它，比如底层类型相同的数组之间的转换；比如使用 sync/atomic 包中的一些函数时；还有访问 struct 的私有字段时；该用还是要用，不过一定要慎之又慎。

Golang指针

• *类型:普通指针类型，用于传递对象地址，不能进行指针运算。
• unsafe.Pointer:通用指针类型，用于转换不同类型的指针，不能进行指针运算，不能读取内存存储的值（必须转换到某一类型的普通指针）。unsafe.Pointer 是桥梁，可以让任意类型的指针实现相互转换，也可以将任意类型的指针转换为 uintptr 进行指针运算。
• uintptr:用于指针运算，GC 不把 uintptr 当指针，uintptr 无法持有对象。uintptr 类型的目标会被回收。比如要在某个指针地址上加上一个偏移量，做完加减法后，转换成Pointer，通过*操作，取值，修改值，随意。

官方文档对unsafe.Pointer的描述的四个规则：
（1）任何类型的指针都可以被转化为Pointer
（2）Pointer可以被转化为任何类型的指针
（3）uintptr可以被转化为Pointer
（4）Pointer可以被转化为uintptr

指针类型转换

Go 语言在设计的时候，为了编写方便、效率高以及降低复杂度，被设计成为一门强类型的静态语言。强类型意味着一旦定义了，它的类型就不能改变了；静态意味着类型检查在运行前就做了。

同时为了安全的考虑，Go 语言是不允许两个指针类型进行转换的。

一般使用 *T 作为一个指针类型，表示一个指向类型T变量的指针。为了安全的考虑，两个不同的指针类型不能相互转换，比如 *int 不能转为 *float64

import "fmt"

func main() {
	i := 10
	ip := &i

	var fp *float64 = (*float64)(ip)

	fmt.Println(fp)
}

以上代码我们在编译的时候，会提示 cannot convert ip (type *int) to type *float64，也就是不能进行强制转型

unsafe.pointer用于普通指针类型转换

接以上，

func main() {
	i := 10
	ip := &i

	var fp *float64 = (*float64)(unsafe.Pointer(ip))

	*fp = *fp * 3

	fmt.Println(i)
}

以上示例，我们可以把 *int 转为 *float64，并且我们尝试了对新的 *float64 进行操作，打印输出 i，就会发现 i 的值同样被改变。
的
前面两个规则我们刚刚已经演示了，主要用于 *T1 和 *T2 之间的转换，那么最后两个规则是做什么的呢？*我们都知道 T 是不能计算偏移量的，也不能进行计算，但是 uintptr 可以，所以我们可以把指针转为 uintptr 再进行偏移计算，这样我们就可以访问特定的内存了，达到对不同的内存读写的目的。

下面我们以通过指针偏移修改Struct结构体内的字段为例，来演示 uintptr 的用法

func main() {
	u := new(user)
	fmt.Println(*u)

	pName := (*string)(unsafe.Pointer(u))
	*pName = "张三"

	pAge := (*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(u)) + unsafe.Offsetof(u.age)))
	*pAge = 20

	fmt.Println(*u)
}

type user struct {
	name string
	age  int
}

以上我们通过内存偏移的方式，定位到我们需要操作的字段，然后改变他们的值。

第一个修改 user 的 name 值的时候，因为 name 是第一个字段，所以不用偏移，我们获取 user 的指针，然后通过 unsafe.Pointer 转为 *string 进行赋值操作即可。

第二个修改 user 的 age 值的时候，因为 age 不是第一个字段，所以我们需要内存偏移，内存偏移牵涉到的计算只能通过 uintptr，所我们要先把 user 的指针地址转为 uintptr，然后我们再通过 unsafe.Offsetof(u.age) 获取需要偏移的值，进行地址运算(+)偏移即可。

现在偏移后，地址已经是 user 的 age 字段了，如果要给它赋值，我们需要把 uintptr 转为 *int 才可以。所以我们通过把 uintptr 转为 unsafe.Pointer，再转为 *int 就可以操作了。

这里我们可以看到，我们第二个偏移的表达式非常长，但是也千万不要把他们分段，不能像下面这样。

temp := uintptr(unsafe.Pointer(u)) + unsafe.Offsetof(u.age)
pAge := (*int)(unsafe.Pointer(temp))
*pAge = 20

逻辑上看，以上代码不会有什么问题，但是这里会牵涉到 GC，如果我们的这些临时变量被 GC，那么导致的内存操作就错了，我们最终操作的，就不知道是哪块内存了，会引起莫名其妙的问题。

func main() {
 
    v1 := uint(12)
    v2 := int(13)
 
    fmt.Println(reflect.TypeOf(v1)) //uint
    fmt.Println(reflect.TypeOf(v2)) //int
 
    fmt.Println(reflect.TypeOf(&v1)) //*uint
    fmt.Println(reflect.TypeOf(&v2)) //*int
 
    p := &v1
    p = (*uint)(unsafe.Pointer(&v2)) //使用unsafe.Pointer进行类型的转换
 
    fmt.Println(reflect.TypeOf(p)) // *unit
    fmt.Println(*p) //13
}