浅析 unsafe.Pointer 与 uintptr

先附上一张关系图，后面我们再展开解析。

普通指针类型

我们一般将 *T 看作指针类型，表示一个指向 T 类型变量的指针。我们都知道 Go 是强类型语言，声明变量之后，变量的类型是不可以改变的，不同类型的指针也不允许相互转化。例如下面这样：

func main(){
 i := 30
 iPtr1 := &i

 var iPtr2 *int64 = (*int64)(iPtr1)

 fmt.Println(iPtr2)
}

编译报错：cannot convert iPtr1 (type *int) to type *int64，提示不能进行强制转化。

那怎么办，如何实现相互转化？

还好 Go 官方提供了 unsafe 包，有相关的解决方案。

unsafe.Pointer

unsafe.Pointer 通用指针类型，一种特殊类型的指针，可以包含任意类型的地址，能实现不同的指针类型之间进行转换，类似于 C 语言里的 void* 指针。

type ArbitraryType int

type Pointer *ArbitraryType

从定义可以看出，Pointer 实际上是 *int。

官方文档里还描述了 Pointer 的四种操作规则：

1. 任何类型的指针都可以转化成 unsafe.Pointer；
2. unsafe.Pointer 可以转化成任何类型的指针；
3. uintptr 可以转换为 unsafe.Pointer；
4. unsafeP.ointer 可以转换为 uintptr；

不同类型的指针允许相互转化实际上是运用了第 1、2 条规则，我们就着例子看下：

func main(){
 i := 30
 iPtr1 := &i

 var iPtr2 *int64 = (*int64)(unsafe.Pointer(iPtr1))

 *iPtr2 = 8

 fmt.Println(i)
}

输出：

8

上面的代码，我们可以把 *int 转为 *int64，并且对新的 *int64 进行操作，从输出会发现 i 的值被改变了。

可以说 unsafe.Pointer 是桥梁，可以让任意类型的指针实现相互转换。

我们知道 Go 语言是不支持指针运算，想要实现该怎么办？

看看第 3、4 条规则，uintptr 就可以派上用场了。

uintptr

源码定义：

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

uintptr 是 Go 内置类型，表示无符号整数，可存储一个完整的地址。常用于指针运算，只需将 unsafe.Pointer 类型转换成 uintptr 类型，做完加减法后，转换成 unsafe.Pointer，通过 * 操作，取值或者修改值都可以。

下面是一个通过指针偏移修改结构体成员的例子，演示下 uintptr 的用法：

type Admin struct {
 Name string
 Age int
}

func main(){
 admin := Admin{
  Name: "seekload",
  Age: 18,
 }
 ptr := &admin
 name := (*string)(unsafe.Pointer(ptr))   // 1

 *name = "四哥"

 fmt.Println(*ptr)

 age := (*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(ptr)) + unsafe.Offsetof(ptr.Age)))  // 2
 *age = 35

 fmt.Println(*ptr)
}

输出：

{四哥 18}
{四哥 35}

特别提下，unsafe.Offsetof 的作用是返回成员变量 x 在结构体当中的偏移量，即返回结构体初始内存地址到 x 之间的字节数。

//1 因为结构体初始地址就是第一个成员的地址，又 Name 是结构体第一个成员变量，所以此处不用偏移，我们拿到 admin 的地址，然后通过 unsafe.Pointer 转为 *string，再进行赋值操作即可。

//2 成员变量 Age 不是第一个字段，想要修改它的值就需要内存偏移。我们先将 admin 的指针转化为 uintptr，再通过 unsafe.Offsetof() 获取到 Age 的偏移量，两者都是 uintptr，进行相加指针运算获取到成员 Age 的地址，最后需要将 uintptr 转化为 unsafe.Pointer，再转化为 *int，才能对 Age 操作。

总结

这篇文章我们简单介绍了普通指针类型、unsafe.Pointer 和 uintptr 之间的关系（见文章开头关系图），记住两点：

1. unsafe.Pointer 可以实现不同类型指针之间相互转化；
2. uintptr 搭配着 unsafe.Pointer 使用，实现指针运算；

不过，官方不推荐使用 unsafe 包，正如它的命名一样，是不安全的，比如涉及到内存操作，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。