一、Go中的 unsafe 概述

1.1 什么是unsafe？

Go 語(yǔ)言中的 unsafe 包是一個(gè)既強(qiáng)大又危險(xiǎn)的工具，它允許我們繞過(guò) Go 的類(lèi)型系統(tǒng)，直接操作內(nèi)存。雖然它在某些高性能場(chǎng)景下非常有用，但使用不當(dāng)也會(huì)導(dǎo)致程序崩潰或安全漏洞。

unsafe 是 Go 語(yǔ)言中的一個(gè)特殊包，它提供了一些可以繞過(guò) Go 類(lèi)型安全機(jī)制的機(jī)制。通過(guò) unsafe，你可以：

• 獲取變量的內(nèi)存地址
• 直接讀寫(xiě)內(nèi)存
• 將任意類(lèi)型轉(zhuǎn)換為 uintptr（指針的整數(shù)表示）
• 訪問(wèn)結(jié)構(gòu)體的私有字段

?? 注意：使用 unsafe 會(huì)破壞 Go 的類(lèi)型安全和內(nèi)存安全，應(yīng)謹(jǐn)慎使用，并盡量避免在生產(chǎn)代碼中濫用。

1.2 使用unsafe的注意事項(xiàng)

1. 不保證兼容性：unsafe 的實(shí)現(xiàn)可能隨 Go 版本變化，代碼可能在新版本中失效。
2. GC 無(wú)法追蹤 uintptr：如果將 uintptr 轉(zhuǎn)換為 unsafe.Pointer 后沒(méi)有立即使用，可能會(huì)被 GC 回收，導(dǎo)致非法訪問(wèn)。
3. 類(lèi)型安全被破壞：可能導(dǎo)致內(nèi)存損壞、數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)或程序崩潰。
4. 可讀性差：濫用 unsafe 會(huì)讓代碼難以理解和維護(hù)。

1.3 指針轉(zhuǎn)換規(guī)則

Go 語(yǔ)言中存在三種類(lèi)型的指針，它們分別是：常用的 *T、unsafe.Pointer 及 uintptr?？梢钥偨Y(jié)出這三者的轉(zhuǎn)換規(guī)則：

• 任何類(lèi)型的 *T 都可以轉(zhuǎn)換為 unsafe.Pointer；
• unsafe.Pointer 也可以轉(zhuǎn)換為任何類(lèi)型的 *T；unsafe.Pointer 可以轉(zhuǎn)換為 uintptr；
• uintptr 也可以轉(zhuǎn)換為 unsafe.Pointer。

可以發(fā)現(xiàn)，unsafe.Pointer 主要用于指針類(lèi)型的轉(zhuǎn)換，而且是各個(gè)指針類(lèi)型轉(zhuǎn)換的橋梁。

二、unsafe的核心內(nèi)容

2.1unsafe.Pointer

unsafe.Pointer 是一種特殊的指針類(lèi)型，它可以指向任意類(lèi)型的數(shù)據(jù)。它和普通指針（如 *int）之間的主要區(qū)別是：

• 普通指針不能隨意轉(zhuǎn)換類(lèi)型
• unsafe.Pointer 可以和 uintptr 互相轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)指針運(yùn)算

var x int = 42
p := unsafe.Pointer(&x) // &x 是 *int 類(lèi)型，可以轉(zhuǎn)換為 unsafe.Pointer

2.2uintptr

uintptr 是一個(gè)整數(shù)類(lèi)型，足夠大以存儲(chǔ)任意指針的值。它常用于指針運(yùn)算，例如：

p := unsafe.Pointer(&x)
ptr := uintptr(p) // 轉(zhuǎn)換為 uintptr
ptr += 8          // 指針運(yùn)算
p = unsafe.Pointer(ptr) // 再轉(zhuǎn)回 unsafe.Pointer

?? 注意：uintptr 不是指針，它不會(huì)被 GC 追蹤，因此不能長(zhǎng)時(shí)間持有。

2.3unsafe.Sizeof、unsafe.Alignof、unsafe.Offsetof

1、unsafe.Sizeof

Sizeof：返回類(lèi)型或變量的大小（字節(jié)）。Sizeof 函數(shù)可以返回一個(gè)類(lèi)型所占用的內(nèi)存大小，這個(gè)大小只與類(lèi)型有關(guān)，和類(lèi)型對(duì)應(yīng)的變量存儲(chǔ)的內(nèi)容大小無(wú)關(guān)，比如 bool 型占用一個(gè)字節(jié)、int8 也占用一個(gè)字節(jié)。

通過(guò) Sizeof 函數(shù)你可以查看任何類(lèi)型（比如字符串、切片、整型）占用的內(nèi)存大小，示例代碼如下：

fmt.Println(unsafe.Sizeof(true))
fmt.Println(unsafe.Sizeof(int8(0)))
fmt.Println(unsafe.Sizeof(int16(10)))
fmt.Println(unsafe.Sizeof(int32(10000000)))
fmt.Println(unsafe.Sizeof(int64(10000000000000)))
fmt.Println(unsafe.Sizeof(int(10000000000000000)))
fmt.Println(unsafe.Sizeof(string("數(shù)據(jù)知道")))
fmt.Println(unsafe.Sizeof([]string{"數(shù)據(jù)u知道","張三"}))

對(duì)于整型來(lái)說(shuō)，占用的字節(jié)數(shù)意味著這個(gè)類(lèi)型存儲(chǔ)數(shù)字范圍的大小，比如 int8 占用一個(gè)字節(jié)，也就是 8bit，所以它可以存儲(chǔ)的大小范圍是 -128~~127，也就是 −2^(n-1) 到 2^(n-1)−1。其中 n 表示 bit，int8 表示 8bit，int16 表示 16bit，以此類(lèi)推。

小提示：一個(gè) struct 結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存占用大小，等于它包含的字段類(lèi)型內(nèi)存占用大小之和。

2、Alignof

Alignof：是 Go 語(yǔ)言 unsafe 包中的一個(gè)函數(shù)，用于返回某個(gè)類(lèi)型的對(duì)齊系數(shù)（alignment），即該類(lèi)型的變量在內(nèi)存中存放時(shí)的起始地址必須是其對(duì)齊系數(shù)的整數(shù)倍。

func Alignof(x ArbitraryType) uintptr

• 參數(shù)：x 可以是任意類(lèi)型的表達(dá)式（通常傳遞一個(gè)變量或零值）。
• 返回值：uintptr，表示該類(lèi)型的對(duì)齊系數(shù)（單位是字節(jié)）。

3、Offsetof

Offsetof：返回結(jié)構(gòu)體字段相對(duì)于結(jié)構(gòu)體起始地址的偏移量

三、案例分析

3.1 案例 1：使用unsafe修改結(jié)構(gòu)體私有字段

3.2 案例 2：指針運(yùn)算模擬數(shù)組訪問(wèn)

package main
import (
	"fmt"
	"unsafe"
)
func main() {
	arr := [3]int{10, 20, 30}
	// 獲取數(shù)組首地址
	basePtr := unsafe.Pointer(&arr[0])
	// 模擬指針運(yùn)算訪問(wèn)第二個(gè)元素
	secondPtr := (*int)(unsafe.Pointer(uintptr(basePtr) + unsafe.Sizeof(arr[0])))
	fmt.Println(*secondPtr) // 輸出 20
}

3.3 案例 3：string與[]byte的零拷貝轉(zhuǎn)換

package main
import (
	"fmt"
	"unsafe"
)
func main() {
	s := "hello, unsafe"
	// 獲取 string 的底層結(jié)構(gòu)
	strHeader := (*struct {
		data uintptr
		len  int
	})(unsafe.Pointer(&s))
	// 構(gòu)造 []byte 的底層結(jié)構(gòu)
	bytes := *(*[]byte)(unsafe.Pointer(&struct {
		data uintptr
		len  int
		cap  int
	}{
		data: strHeader.data,
		len:  strHeader.len,
		cap:  strHeader.len,
	}))
	fmt.Println(string(bytes)) // 輸出 "hello, unsafe"
}

總結(jié)：unsafe 是 Go 語(yǔ)言中的一把“雙刃劍”。unsafe 包里的功能雖然不安全，但的確很香，比如指針運(yùn)算、類(lèi)型轉(zhuǎn)換等，都可以幫助我們提高性能。不過(guò)還是建議盡可能地不使用，因?yàn)樗梢岳@開(kāi) Go 語(yǔ)言編譯器的檢查，可能會(huì)因?yàn)槟愕牟僮魇д`而出現(xiàn)問(wèn)題。當(dāng)然如果是需要提高性能的必要操作，還是可以使用，比如 []byte 轉(zhuǎn) string，就可以通過(guò) unsafe.Pointer 實(shí)現(xiàn)零內(nèi)存拷貝，

到此這篇關(guān)于Go中非類(lèi)型安全unsafe包的詳細(xì)使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Go 非類(lèi)型安全unsafe包內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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