深入了解Golang的指針用法
與C語(yǔ)言一樣，Go語(yǔ)言中同樣有指針，通過指針，我們可以只傳遞變量的內(nèi)存地址，而不是傳遞整個(gè)變量，這在一定程度上可以節(jié)省內(nèi)存的占用，但凡事有利有弊，Go指針在使用也有一些注意點(diǎn)，稍不留神就會(huì)踩坑，下面就讓我們一起來細(xì)嗦下。
1.指針類型的變量
在Golang中，我們可以通過**取地址符號(hào)&**得到變量的地址，而這個(gè)新的變量就是一個(gè)指針類型的變量，指針變量與普通變量的區(qū)別在于，它存的是內(nèi)存地址，而不是實(shí)際的值。
圖一
如果是普通類型的指針變量（比如 int），是無法直接對(duì)其賦值的，必須通過 * 取值符號(hào)才行。
func main() {
num := 1
numP := &num
//numP = 2 // 報(bào)錯(cuò)：(type untyped int) cannot be represented by the type *int
*numP = 2
}
但結(jié)構(gòu)體卻比較特殊，在日常開發(fā)中，我們經(jīng)常看到一個(gè)結(jié)構(gòu)體指針的內(nèi)部變量仍然可以被賦值，比如下面這個(gè)例子，這是為什么呢？
type Test struct {
Num int
}
// 直接賦值和指針賦值
func main() {
test := Test{Num: 1}
test.Num = 3
fmt.Println("v1", test) // 3
testP := &test
testP.Num = 4 // 結(jié)構(gòu)體指針可以賦值
fmt.Println("v2", test) // 4
}
這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)體本身是一個(gè)連續(xù)的內(nèi)存，通過 testP.Num ，本質(zhì)上拿到的是一個(gè)普通變量，并不是一個(gè)指針變量，所以可以直接賦值。
圖二
那slice、map、channel這些又該怎么理解呢？為什么不用取地址符號(hào)也能打印它們的地址？比如下面的例子
func main() {
nums := []int{1, 2, 3}
fmt.Printf("%p\n", nums) // 0xc0000160c0
fmt.Printf("%p\n", &nums[0]) // 0xc0000160c0
maps := map[string]string{"aa": "bb"}
fmt.Printf("%p\n", maps) // 0xc000076180
ch := make(chan int, 0)
fmt.Printf("%p\n", ch) // 0xc00006c060
}
這是因?yàn)椋?strong>它們本身就是指針類型！只不過Go內(nèi)部為了書寫的方便，并沒有要求我們?cè)谇懊婕由?*** 符號(hào)**。
在Golang的運(yùn)行時(shí)內(nèi)部，創(chuàng)建slice的時(shí)候其實(shí)返回的就是一個(gè)指針：
// 源碼 runtime/slice.go
// 返回值是：unsafe.Pointer
func makeslice(et *_type, len, cap int) unsafe.Pointer {
mem, overflow := math.MulUintptr(et.size, uintptr(cap))
if overflow || mem > maxAlloc || len < 0 || len > cap {
// NOTE: Produce a 'len out of range' error instead of a
// 'cap out of range' error when someone does make([]T, bignumber).
// 'cap out of range' is true too, but since the cap is only being
// supplied implicitly, saying len is clearer.
// See golang.org/issue/4085.
mem, overflow := math.MulUintptr(et.size, uintptr(len))
if overflow || mem > maxAlloc || len < 0 {
panicmakeslicelen()
}
panicmakeslicecap()
}
return mallocgc(mem, et, true)
}
而且返回的指針地址其實(shí)就是slice第一個(gè)元素的地址（上面的例子也體現(xiàn)了），當(dāng)然如果slice是一個(gè)nil，則返回的是 0x0 的地址。slice在參數(shù)傳遞的時(shí)候其實(shí)拷貝的指針的地址，底層數(shù)據(jù)是共用的，所以對(duì)其修改也會(huì)影響到函數(shù)外的slice，在下面也會(huì)講到。
map和slice其實(shí)也是類似的，在在Golang的運(yùn)行時(shí)內(nèi)部，創(chuàng)建map的時(shí)候其實(shí)返回的就是一個(gè)hchan指針：
// 源碼 runtime/chan.go
// 返回值是：*hchan
func makechan(t *chantype, size int) *hchan {
elem := t.elem
// compiler checks this but be safe.
if elem.size >= 1<<16 {
throw("makechan: invalid channel element type")
}
...
return c
}
最后，為什么 fmt.Printf 函數(shù)能夠直接打印slice、map的地址，除了上面的原因，還有一個(gè)原因是其內(nèi)部也做了特殊處理：
// 第一層源碼
func Printf(format string, a ...interface{}) (n int, err error) {
return Fprintf(os.Stdout, format, a...)
}
// 第二層源碼
func Fprintf(w io.Writer, format string, a ...interface{}) (n int, err error) {
p := newPrinter()
p.doPrintf(format, a) // 核心
n, err = w.Write(p.buf)
p.free()
return
}
// 第三層源碼
func (p *pp) doPrintf(format string, a []interface{}) {
...
default:
// Fast path for common case of ascii lower case simple verbs
// without precision or width or argument indices.
if 'a' <= c && c <= 'z' && argNum < len(a) {
...
p.printArg(a[argNum], rune(c)) // 核心是這里
argNum++
i++
continue formatLoop
}
// Format is more complex than simple flags and a verb or is malformed.
break simpleFormat
}
}
// 第四層源碼
func (p *pp) printArg(arg interface{}, verb rune) {
p.arg = arg
p.value = reflect.Value{}
...
case 'p':
p.fmtPointer(reflect.ValueOf(arg), 'p')
return
}
...
}
// 最后了
func (p *pp) fmtPointer(value reflect.Value, verb rune) {
var u uintptr
switch value.Kind() {
// 這里對(duì)這些特殊類型直接獲取了其地址
case reflect.Chan, reflect.Func, reflect.Map, reflect.Ptr, reflect.Slice, reflect.UnsafePointer:
u = value.Pointer()
default:
p.badVerb(verb)
return
}
...
}
2.Go只有值傳遞，沒有引用傳遞
值傳遞和引用傳遞相信大家都比較了解，在函數(shù)的調(diào)用過程中，如果是值傳遞，則在傳遞過程中，其實(shí)就是將參數(shù)的值復(fù)制一份傳遞到函數(shù)中，如果在函數(shù)內(nèi)對(duì)其修改，并不會(huì)影響函數(shù)外面的參數(shù)值，而引用傳遞則相反。
type User struct {
Name string
Age int
}
// 引用傳遞
func setNameV1(user *User) {
user.Name = "test_v1"
}
// 值傳遞
func setNameV2(user User) {
user.Name = "test_v2"
}
func main() {
u := User{Name: "init"}
fmt.Println("init", u) // init {init 0}
up := &u
setNameV1(up)
fmt.Println("v1", u) // v1 {test_v1 0}
setNameV2(u)
fmt.Println("v2", u) // v2 {test_v1 0}
}
但在Golang中，這所謂的“引用傳遞”其實(shí)本質(zhì)上是值傳遞，因?yàn)檫@時(shí)候也發(fā)生了拷貝，只不過這時(shí)拷貝的是指針，而不是變量的值，所以**“Golang的引用傳遞其實(shí)是引用的拷貝”。**
圖三
可以通過以下代碼驗(yàn)證：
type User struct {
Name string
Age int
}
// 注意這里有個(gè)誤區(qū)，我一開始看 user（v1）打印后的地址和一開始（init）是一致的，從而以為這是引用傳遞
// 其實(shí)這里的user應(yīng)該看做一個(gè)指針變量，我們需要對(duì)比的是它的地址，所以還要再取一次地址
func setNameV1(user *User) {
fmt.Printf("v1: %p\n", user) // 0xc0000a4018 與 init的地址一致
fmt.Printf("v1_p: %p\n", &user) // 0xc0000ac020
user.Name = "test_v1"
}
// 值傳遞
func setNameV2(user User) {
fmt.Printf("v2_p: %p\n", &user) //0xc0000a4030
user.Name = "test_v2"
}
func main() {
u := User{Name: "init"}
up := &u
fmt.Printf("init: %p \n", up) //0xc0000a4018
setNameV1(up)
setNameV2(u)
}
注：slice、map等本質(zhì)也是如此。
3.for range與指針
for range是在Golang中用于遍歷元素，當(dāng)它與指針結(jié)合時(shí)，稍不留神就會(huì)踩坑，這里有一段經(jīng)典代碼：
type User struct {
Name string
Age int
}
func main() {
userList := []User {
User{Name: "aa", Age: 1},
User{Name: "bb", Age: 1},
}
var newUser []*User
for _, u := range userList {
newUser = append(newUser, &u)
}
// 第一次：bb
// 第二次：bb
for _, nu := range newUser {
fmt.Printf("%+v", nu.Name)
}
}
按照正常的理解，應(yīng)該第一次輸出aa，第二次輸出bb，但實(shí)際上兩次都輸出了bb，這是因?yàn)?for range 的時(shí)候，變量u實(shí)際上只初始化了一次（每次遍歷的時(shí)候u都會(huì)被重新賦值，但是地址不變），導(dǎo)致每次append的時(shí)候，添加的都是同一個(gè)內(nèi)存地址，所以最終指向的都是最后一個(gè)值bb。
我們可以通過打印指針地址來驗(yàn)證：
func main() {
userList := []User {
User{Name: "aa", Age: 1},
User{Name: "bb", Age: 1},
}
var newUser []*User
for _, u := range userList {
fmt.Printf("point: %p\n", &u)
fmt.Printf("val: %s\n", u.Name)
newUser = append(newUser, &u)
}
}
// 最終輸出結(jié)果如下：
point: 0xc00000c030
val: aa
point: 0xc00000c030
val: bb
類似的錯(cuò)誤在Goroutine也經(jīng)常發(fā)生：
// 這里要注意下，理論上這里都應(yīng)該輸出10的，但有可能出現(xiàn)執(zhí)行到7或者其他值的時(shí)候就輸出了，所以實(shí)際上這里不完全都輸出10
func main() {
for i := 0; i < 10; i++ {
go func(idx *int) {
fmt.Println("go: ", *idx)
}(&i)
}
time.Sleep(5 * time.Second)
}
4.閉包與指針
什么是閉包，一個(gè)函數(shù)和對(duì)其周圍狀態(tài)（lexical environment，詞法環(huán)境）的引用捆綁在一起（或者說函數(shù)被引用包圍），這樣的組合就是閉包（closure）。也就是說，閉包讓你可以在一個(gè)內(nèi)層函數(shù)中訪問到其外層函數(shù)的作用域。
當(dāng)閉包與指針進(jìn)行結(jié)合時(shí)，如果閉包里面是一個(gè)指針變量，則外部變量的改變，也會(huì)影響到該閉包，起到意想不到的效果，讓我們繼續(xù)在舉幾個(gè)例子進(jìn)行說明：
func incr1(x *int) func() {
return func() {
*x = *x + 1 // 這里是一個(gè)指針
fmt.Printf("incr point x = %d\n", *x)
}
}
func incr2(x int) func() {
return func() {
x = x + 1
fmt.Printf("incr normal x = %d\n", x)
}
}
func main() {
x := 1
i1 := incr1(&x)
i2 := incr2(x)
i1() // point x = 2
i2() // normal x = 2
i1() // point x = 3
i2() // normal x = 3
x = 100
i1() // point x = 101 // 閉包1的指針變量受外部影響，被重置為100，并繼續(xù)遞增
i2() // normal x = 4
i1() // point x = 102
i2() // normal x = 5
}
5.指針與內(nèi)存逃逸
內(nèi)存逃逸的場(chǎng)景有很多，這里只討論由指針引發(fā)的內(nèi)存逃逸。理想情況下，肯定是盡量減少內(nèi)存逃逸，因?yàn)檫@意味著GC（垃圾回收）的壓力會(huì)減小，程序也會(huì)運(yùn)行得更快。不過，使用指針又能減少內(nèi)存的占用，所以這本質(zhì)是內(nèi)存和GC的權(quán)衡，需要合理使用。
下面是指針引發(fā)的內(nèi)存逃逸的三種場(chǎng)景（歡迎大家補(bǔ)充~）
第一種場(chǎng)景：函數(shù)返回局部變量的指針
type Escape struct {
Num1 int
Str1 *string
Slice []int
}
// 返回局部變量的指針
func NewEscape() *Escape {
return &Escape{} // &Escape{} escapes to heap
}
func main() {
e := &Escape{Num1: 0}
}
第二種場(chǎng)景：被已經(jīng)逃逸的變量引用的指針
func main() {
e := NewEscape()
e.SetNum1(10)
name := "aa"
// e.Str1 中，e是已經(jīng)逃逸的變量， &name是被引用的指針
e.Str1 = &name // moved to heap: name
}
第三種場(chǎng)景：被指針類型的slice、map和chan引用的指針
func main() {
e := NewEscape()
e.SetNum1(10)
name := "aa"
e.Str1 = &name
// 指針類型的slice
arr := make([]*int, 2)
n := 10 // moved to heap: n
arr[0] = &n // 被引用的指針
}以上就是深入了解Golang的指針用法的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Golang指針的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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