Golang 语言中的非类型安全指针

简介: Golang 语言中的非类型安全指针

介绍

Golang 语言中的 unsafe 包中包含的操作会绕过 Golang 程序的类型安全检查,直接操作内存,从而达到提升性能的目的。导入 unsafe 包可能是不可移植(non-portable)的(随着 Golang 的版本迭代,可能会失效),并且不受 Go 1 兼容性准则的保护,所以我们应该谨慎使用。

本文主要介绍 unsafe 包的 unsafe.Pointer,它表示任意类型的指针,它类似于 C 语言中的无类型指针 void*,可以作为指针类型 *T 和 uintptr 类型值之间互相转换的中转站。

我们知道 Golang 语言中的指针类型 *T,表示一个指向 T 类型变量的指针,因为 Golang 语言是强类型的静态语言,为了安全考虑,规定两个不同的指针类型之间不可以互相转换,比如 *int 不能与 *float64 互相转换。但是,实际上是可以使用 unsafe.Pointer 进行转换。

Golang 语言中的内置数据类型 uintptr 也可以表示任何指针,它实际是数值类型,可以用于存储内存地址。它和 unsafe.Pointer 最大的区别是 unsafe.Pointer 不支持指针运算,比如 + 运算符,但 uintptr 可以支持。以下是 uintptr 的源码:

// uintptr is an integer type that is large enough to hold the bit pattern of
// any pointer.
type uintptr uintptr

02

unsafe.Ponter 类型

有了前面内容的铺垫,我们开始介绍 unsafe.Ponter,它表示指向任意类型的指针。以下是 unsafe 包的源码:

// ArbitraryType is here for the purposes of documentation only and is not actually
// part of the unsafe package. It represents the type of an arbitrary Go expression.
type ArbitraryType int
type Pointer *ArbitraryType

unsafe.Ponter 类型有四个转换规则:

  • 任何类型的指针值 *T 都可以转换为 unsafe.Pointer
  • unsafe.Pointer 可以转换为任何类型的指针值 *T
  • uintptr 可以转换为 unsafe.Pointer
  • unsafe.Pointer 可以转换为 uintptr。

unsafe.Pointer 允许程序绕过类型安全检查读写任意内存,所以使用时应格外小心。

unsafe.Pointer 包含 6 个使用模式:

  • 使用 unsafe.Pointer 作为中转,将一个指针类型 *T 转换为另外一个指针类型 *T
  • unsafe.Pointer 转换为 uintptr(但不返回给 unsafe.Pointer),然后使用 uintptr 值。
  • unsafe.Pointer 转换为 uintptr,然后使用 uintptr 值进行算术运算,最后将运算结果 uintptr 值再转换为 unsafe.Pointer
  • 调用 syscall.Syscall 时,将 unsafe.Pointer 转换为 uintptr 值,作为参数传递。
  • reflect.Value.Pointerreflect.Value.UnsafeAddr 的返回结果 uintptr 值,从 uintptr 转换为 unsafe.Pointer
  • reflect.SliceHeaderreflect.StringHeader 值的 Data 字段与 unsafe.Pointer 进行转换。

03

unsafe.Pointer 和 uintptr 使用示例

因为 unsafe.Pointer 不支持运算,所以如果需要指针运算,还需要借助 uintptr 实现。以下示例是通过指针偏移对 struct 结构体中的字段进行指针运算操作,从而找到该字段的内存地址。

package main
import (
 "fmt"
 "unsafe"
)
type user struct {
 name string
 age uint
}
func main () {
 // 定义一个指针变量
 student := new(user)
 // user 结构体中的 name 字段是第一个字段,可以直接通过指针修改,不需要使用偏移
 studentName := (*string)(unsafe.Pointer(student))
 *studentName = "lucy"
 // user 结构体中的 age 字段不是第一个字段,所以需要使用偏移才能找到 age 字段的内存地址,修改值
 studentAge := (*uint)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(student)) + unsafe.Offsetof(student.age)))
 *studentAge = 18
 fmt.Println(*student)
}

阅读上面这段代码,我们使用 new 函数定义了一个 *user 类型的指针变量 student,然后使用 unsafe.Pointer*user 类型的指针变量 student 转换为 *string 类型的指针变量 studentName,然后修改 studentName 的值,实际上就是修改 name 字段的值。

因为 age 字段不是 user 结构体的第一个字段,所以需要先使用偏移量找到 age 字段的内存地址,具体操作步骤是:先将 student 指针变量通过 unsafe.Pointer 和 uintptr 转换为 uintptr,然后就可以使用函数 unsafe.Offsetof 计算出 age 字段的偏移量,该函数返回结果也是 uintptr 类型,因为 uintptr 支持运算,最后使用 + 运算符获取 age 字段的内存地址。

找到 age 字段的内存地址之后,还要使用 unsafe.Pointer 转换为 *uint 指针类型,才可以对该内存地址进行读写操作。

该示例主要是为了方便介绍 uintptr 指针运算,没有实际意义。

04

总结

本文介绍了非类型安全指针,它可用于指针类型之间互相转换,但是它绕开了类型安全检查,同时随着 Golang 的版本迭代,unsafe 包可能会失效,并且 unsafe 包不受 Go 1 兼容性准则的保护,所以我们应该谨慎使用。

推荐阅读:

Golang 语言中的指针介绍

参考资料:

https://golang.org/pkg/unsafe/#Pointer 


目录
相关文章
|
2月前
|
Go
Golang语言之管道channel快速入门篇
这篇文章是关于Go语言中管道(channel)的快速入门教程,涵盖了管道的基本使用、有缓冲和无缓冲管道的区别、管道的关闭、遍历、协程和管道的协同工作、单向通道的使用以及select多路复用的详细案例和解释。
99 4
Golang语言之管道channel快速入门篇
|
2月前
|
Go
Golang语言之gRPC程序设计示例
这篇文章是关于Golang语言使用gRPC进行程序设计的详细教程,涵盖了RPC协议的介绍、gRPC环境的搭建、Protocol Buffers的使用、gRPC服务的编写和通信示例。
93 3
Golang语言之gRPC程序设计示例
|
2月前
|
安全 Go
Golang语言goroutine协程并发安全及锁机制
这篇文章是关于Go语言中多协程操作同一数据问题、互斥锁Mutex和读写互斥锁RWMutex的详细介绍及使用案例,涵盖了如何使用这些同步原语来解决并发访问共享资源时的数据安全问题。
81 4
|
2月前
|
Prometheus Cloud Native Go
Golang语言之Prometheus的日志模块使用案例
这篇文章是关于如何在Golang语言项目中使用Prometheus的日志模块的案例,包括源代码编写、编译和测试步骤。
48 3
Golang语言之Prometheus的日志模块使用案例
|
24天前
|
前端开发 中间件 Go
实践Golang语言N层应用架构
【10月更文挑战第2天】本文介绍了如何在Go语言中使用Gin框架实现N层体系结构,借鉴了J2EE平台的多层分布式应用程序模型。文章首先概述了N层体系结构的基本概念,接着详细列出了Go语言中对应的构件名称,包括前端框架(如Vue.js、React)、Gin的处理函数和中间件、依赖注入和配置管理、会话管理和ORM库(如gorm或ent)。最后,提供了具体的代码示例,展示了如何实现HTTP请求处理、会话管理和数据库操作。
26 0
|
5月前
|
C语言
指针进阶(C语言终)
指针进阶(C语言终)
|
30天前
|
C语言
无头链表二级指针方式实现(C语言描述)
本文介绍了如何在C语言中使用二级指针实现无头链表,并提供了创建节点、插入、删除、查找、销毁链表等操作的函数实现,以及一个示例程序来演示这些操作。
20 0
|
2月前
|
存储 人工智能 C语言
C语言程序设计核心详解 第八章 指针超详细讲解_指针变量_二维数组指针_指向字符串指针
本文详细讲解了C语言中的指针,包括指针变量的定义与引用、指向数组及字符串的指针变量等。首先介绍了指针变量的基本概念和定义格式,随后通过多个示例展示了如何使用指针变量来操作普通变量、数组和字符串。文章还深入探讨了指向函数的指针变量以及指针数组的概念,并解释了空指针的意义和使用场景。通过丰富的代码示例和图形化展示,帮助读者更好地理解和掌握C语言中的指针知识。
|
3月前
|
C语言
【C初阶——指针5】鹏哥C语言系列文章,基本语法知识全面讲解——指针(5)
【C初阶——指针5】鹏哥C语言系列文章,基本语法知识全面讲解——指针(5)
|
3月前
|
C语言
【C初阶——指针4】鹏哥C语言系列文章,基本语法知识全面讲解——指针(4)
【C初阶——指针4】鹏哥C语言系列文章,基本语法知识全面讲解——指针(4)