一、Go中的 unsafe 概述

1.1 什么是unsafe？

Go 語言中的 unsafe 包是一個既強大又危險的工具，它允許我們繞過 Go 的類型系統(tǒng)，直接操作內存。雖然它在某些高性能場景下非常有用，但使用不當也會導致程序崩潰或安全漏洞。

unsafe 是 Go 語言中的一個特殊包，它提供了一些可以繞過 Go 類型安全機制的機制。通過 unsafe，你可以：

• 獲取變量的內存地址
• 直接讀寫內存
• 將任意類型轉換為 uintptr（指針的整數(shù)表示）
• 訪問結構體的私有字段

?? 注意：使用 unsafe 會破壞 Go 的類型安全和內存安全，應謹慎使用，并盡量避免在生產代碼中濫用。

1.2 使用unsafe的注意事項

1. 不保證兼容性：unsafe 的實現(xiàn)可能隨 Go 版本變化，代碼可能在新版本中失效。
2. GC 無法追蹤 uintptr：如果將 uintptr 轉換為 unsafe.Pointer 后沒有立即使用，可能會被 GC 回收，導致非法訪問。
3. 類型安全被破壞：可能導致內存損壞、數(shù)據競爭或程序崩潰。
4. 可讀性差：濫用 unsafe 會讓代碼難以理解和維護。

1.3 指針轉換規(guī)則

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

• 任何類型的 *T 都可以轉換為 unsafe.Pointer；
• unsafe.Pointer 也可以轉換為任何類型的 *T；unsafe.Pointer 可以轉換為 uintptr；
• uintptr 也可以轉換為 unsafe.Pointer。

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

二、unsafe的核心內容

2.1unsafe.Pointer

unsafe.Pointer 是一種特殊的指針類型，它可以指向任意類型的數(shù)據。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換類型
• unsafe.Pointer 可以和 uintptr 互相轉換，從而實現(xiàn)指針運算

var x int = 42
p := unsafe.Pointer(&x) // &x 是 *int 類型，可以轉換為 unsafe.Pointer

2.2uintptr

uintptr 是一個整數(shù)類型，足夠大以存儲任意指針的值。它常用于指針運算，例如：

p := unsafe.Pointer(&x)
ptr := uintptr(p) // 轉換為 uintptr
ptr += 8          // 指針運算
p = unsafe.Pointer(ptr) // 再轉回 unsafe.Pointer

?? 注意：uintptr 不是指針，它不會被 GC 追蹤，因此不能長時間持有。

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

1、unsafe.Sizeof

Sizeof：返回類型或變量的大?。ㄗ止?jié)）。Sizeof 函數(shù)可以返回一個類型所占用的內存大小，這個大小只與類型有關，和類型對應的變量存儲的內容大小無關，比如 bool 型占用一個字節(jié)、int8 也占用一個字節(jié)。

通過 Sizeof 函數(shù)你可以查看任何類型（比如字符串、切片、整型）占用的內存大小，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)據知道")))
fmt.Println(unsafe.Sizeof([]string{"數(shù)據u知道","張三"}))

對于整型來說，占用的字節(jié)數(shù)意味著這個類型存儲數(shù)字范圍的大小，比如 int8 占用一個字節(jié)，也就是 8bit，所以它可以存儲的大小范圍是 -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，以此類推。

小提示：一個 struct 結構體的內存占用大小，等于它包含的字段類型內存占用大小之和。

2、Alignof

Alignof：是 Go 語言 unsafe 包中的一個函數(shù)，用于返回某個類型的對齊系數(shù)（alignment），即該類型的變量在內存中存放時的起始地址必須是其對齊系數(shù)的整數(shù)倍。

func Alignof(x ArbitraryType) uintptr

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

3、Offsetof

Offsetof：返回結構體字段相對于結構體起始地址的偏移量

三、案例分析

3.1 案例 1：使用unsafe修改結構體私有字段

3.2 案例 2：指針運算模擬數(shù)組訪問

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])
	// 模擬指針運算訪問第二個元素
	secondPtr := (*int)(unsafe.Pointer(uintptr(basePtr) + unsafe.Sizeof(arr[0])))
	fmt.Println(*secondPtr) // 輸出 20
}

3.3 案例 3：string與[]byte的零拷貝轉換

package main
import (
	"fmt"
	"unsafe"
)
func main() {
	s := "hello, unsafe"
	// 獲取 string 的底層結構
	strHeader := (*struct {
		data uintptr
		len  int
	})(unsafe.Pointer(&s))
	// 構造 []byte 的底層結構
	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：unsafe 是 Go 語言中的一把“雙刃劍”。unsafe 包里的功能雖然不安全，但的確很香，比如指針運算、類型轉換等，都可以幫助我們提高性能。不過還是建議盡可能地不使用，因為它可以繞開 Go 語言編譯器的檢查，可能會因為你的操作失誤而出現(xiàn)問題。當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 string，就可以通過 unsafe.Pointer 實現(xiàn)零內存拷貝，

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