Go语言源码分析之unsafe

Go语言源码分析之unsafe 1.什么是unsafe

unsafe 库让 golang 可以像C语言一样操作计算机内存，但这并不是golang推荐使用的，能不用尽量不用，就像它的名字所表达的一样，它绕过了golang的内存安全原则，是不安全的，容易使你的程序出现莫名其妙的问题，不利于程序的扩展与维护。

先简单介绍下Golang指针类型：

*类型：普通指针，用于传递对象地址，不能进行指针运算。

unsafe.Pointer：通用指针类型，用于转换不同类型的指针，不能进行指针运算。

uintptr：用于指针运算，GC 不把 uintptr 当指针，uintptr 无法持有对象，uintptr 类型的目标会被回收。

unsafe.Pointer 可以和 普通指针 进行相互转换。

unsafe.Pointer 可以和 uintptr 进行相互转换。

也就是说 unsafe.Pointer 是桥梁，可以让任意类型的指针实现相互转换，也可以将任意类型的指针转换为 uintptr 进行指针运算。

unsafe底层源码如下：

两个类型：

// go 1.14 src/unsafe/unsafe.go type ArbitraryType int type Pointer *ArbitraryType

ArbitraryType是int的一个别名，在Go中对ArbitraryType赋予特殊的意义。代表一个任意Go表达式类型。

Pointer 是 int指针类型 的一个别名，在Go中可以把Pointer类型，理解成任何指针的父类型。

三个函数：

func Sizeof(x ArbitraryType) uintptr func Offsetof(x ArbitraryType) uintptr func Alignof(x ArbitraryType) uintptr

通过分析发现，这三个函数的参数均是ArbitraryType类型，就是接受任何类型的变量。

Sizeof 返回类型 x 所占据的字节数，但不包含 x 所指向的内容的大小。例如，对于一个指针，函数返回的大小为 8 字节（64位机上），一个 slice 的大小则为 slice header 的大小。

Offsetof返回变量指定属性的偏移量，这个函数虽然接收的是任何类型的变量，但是有一个前提，就是变量要是一个struct类型，且还不能直接将这个struct类型的变量当作参数，只能将这个struct类型变量的属性当作参数。

Alignof返回变量对齐字节数量

2.unsafe包的操作 2.1大小Sizeof

unsafe.Sizeof函数返回的就是uintptr类型的值，表示所占据的字节数（表达式，即值的大小）：

package main import ( "fmt" "reflect" "unsafe" ) func main() { var a int32 var b = &a fmt.Println(reflect.TypeOf(unsafe.Sizeof(a))) // uintptr fmt.Println(unsafe.Sizeof(a)) // 4 fmt.Println(reflect.TypeOf(b).Kind()) // ptr fmt.Println(unsafe.Sizeof(b)) // 8 }

对于 a来说，它是int32类型，在内存中占4个字节，而对于b来说，是*int32类型，即底层为ptr指针类型，在64位机下占8字节。

2.2偏移Offsetof

对于一个结构体，通过 Offset 函数可以获取结构体成员的偏移量，进而获取成员的地址，读写该地址的内存，就可以达到改变成员值的目的。

这里有一个内存分配相关的事实：结构体会被分配一块连续的内存，结构体的地址也代表了第一个字段的地址。

举个例子：

package main import ( "fmt" "unsafe" ) type user struct { id int32 name string age byte } func main() { var u = user{ id: 1, name: "xiaobai", age: 22, } fmt.Println(u) fmt.Println(unsafe.Offsetof(u.id)) // 0 id在结构体user中的偏移量,也是结构体的地址 fmt.Println(unsafe.Offsetof(u.name)) // 8 fmt.Println(unsafe.Offsetof(u.age)) // 24 // 根据偏移量修改字段的值 比如将id字段改为1001 // 因为结构体的地址相当于第一个字段id的地址 // 直接用unsafe包自带的Pointer获取id指针 id := (*int)(unsafe.Pointer(&u)) *id = 1001 // 更加相对于id字段的偏移量获取name字段的地址并修改其内容 // 需要用到uintptr进行指针运算 然后再利用unsafe.Pointer这个媒介将uintptr类型转换成一般的指针类型*string name := (*string)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&u)) + unsafe.Offsetof(u.name))) *name = "花花" // 同理更改age字段 age := (*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&u)) + unsafe.Offsetof(u.age))) *age = 33 fmt.Println(u) } 2.3对齐Alignof

要了解这个函数，你需要了解数据对齐。简单的说，它让数据结构在内存中以某种的布局存放，是该数据的读取性能能够更加的快速。

CPU 读取内存是一块一块读取的，块的大小可以为 2、4、6、8、16 字节等大小。块大小我们称其为内存访问粒度。

普通字段的对齐值 fmt.Printf("bool align: %d\n", unsafe.Alignof(bool(true))) fmt.Printf("int32 align: %d\n", unsafe.Alignof(int32(0))) fmt.Printf("int8 align: %d\n", unsafe.Alignof(int8(0))) fmt.Printf("int64 align: %d\n", unsafe.Alignof(int64(0))) fmt.Printf("byte align: %d\n", unsafe.Alignof(byte(0))) fmt.Printf("string align: %d\n", unsafe.Alignof("EDDYCJY")) fmt.Printf("map align: %d\n", unsafe.Alignof(map[string]string{}))

输出结果：

bool align: 1 int32 align: 4 int8 align: 1 int64 align: 8 byte align: 1 string align: 8 map align: 8