go語(yǔ)言在設(shè)計(jì)上確保了一些安全的屬性，限制了程序可能出錯(cuò)的途徑。例如嚴(yán)格的類型轉(zhuǎn)換規(guī)則。但也使得很多實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)無(wú)法通過(guò)go程序來(lái)訪問(wèn)，例如對(duì)于聚合類型(如結(jié)構(gòu)體)的內(nèi)存布局，或者一個(gè)函數(shù)對(duì)應(yīng)的機(jī)器碼。

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這里我們將討論unsafe包，它是由編譯器實(shí)現(xiàn)的，實(shí)現(xiàn)了對(duì)語(yǔ)言內(nèi)置特性的訪問(wèn)功能，這些特性一般是不可見(jiàn)的，因?yàn)樗鼈儽┞读薵o詳細(xì)的內(nèi)存布局。雖然包的名字叫unsafe，但是這些函數(shù)本身是安全的，并且在做內(nèi)存優(yōu)化的時(shí)候，它們對(duì)理解函數(shù)底層內(nèi)存布局很有幫助。

unsafe.Sizeof

unsafe.Sizeof 報(bào)告?zhèn)鬟f給它的參數(shù)在內(nèi)存中所占的字節(jié)長(zhǎng)度,這個(gè)參數(shù)可以是任意類型的表達(dá)式。Sizeof僅會(huì)報(bào)告每個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)固定部分的內(nèi)存所占字節(jié)長(zhǎng)度，例如指針或者字符串所占的長(zhǎng)度，但不會(huì)報(bào)告例如字符串內(nèi)容的間接長(zhǎng)度。為了可移植性，以字來(lái)表示引用類型的長(zhǎng)度或者包含引用類型的長(zhǎng)度，在32位系統(tǒng)上字的長(zhǎng)度是4個(gè)字節(jié)，而在64位系統(tǒng)上字的長(zhǎng)度是8個(gè)字節(jié)。

package main

import (
	"fmt"
	"unsafe"
)

func main() {
	var x struct{
		a bool
		b int16
		c []int
	}

	fmt.Println(unsafe.Sizeof(x.a))
	fmt.Println(unsafe.Sizeof(x.b))
	fmt.Println(unsafe.Sizeof(x.c))
	fmt.Println(unsafe.Sizeof(x))
}
// 64位機(jī)器結(jié)果：
// 1  : 1個(gè)字節(jié)，bool
// 2  : 兩個(gè)字節(jié)，16/8 = 2
// 24 : 切片24個(gè)字節(jié)，3個(gè)字，因?yàn)榍衅粋€(gè)指針，一個(gè)長(zhǎng)度，一個(gè)容量。
// 32 ：前面兩個(gè)加上內(nèi)存空位后就是一個(gè)字，8個(gè)字節(jié)。所以 8 + 24 = 32

如果b和c交換位置，那么內(nèi)存空位將會(huì)更大，8 + 24 + 8 = 40

func main() {
	var x struct{
		a bool
		c []int
		b int16
	}

	fmt.Println(unsafe.Sizeof(x.a))
	fmt.Println(unsafe.Sizeof(x.c))
	fmt.Println(unsafe.Sizeof(x.b))
	fmt.Println(unsafe.Sizeof(x))
}
// 64位機(jī)器結(jié)果：
// 1
// 24
// 2
// 40   這里8 + 24 = 32和我們的猜想一樣。

unsafe.Alignof

unsafe.Alignof報(bào)告參數(shù)類型所要求的對(duì)齊方式。這個(gè)參數(shù)可以是任意類型的表達(dá)式，并返回一個(gè)常量。布爾類型和數(shù)值類型對(duì)齊到它們的長(zhǎng)度(最大8個(gè)字節(jié))，其他類型按字對(duì)齊。

package main

import (
	"fmt"
	"unsafe"
)

func main() {
	var x struct{
		a bool
		b int16
		c []int
	}

	fmt.Println(unsafe.Alignof(x.a))
	fmt.Println(unsafe.Alignof(x.b))
	fmt.Println(unsafe.Alignof(x.c))
	fmt.Println(unsafe.Alignof(x))
}

// 64位機(jī)器結(jié)果：
// 1  ：這是布爾類型，布爾類型和數(shù)值類型對(duì)齊到它們長(zhǎng)度
// 2  ：這里數(shù)值類型，同上
// 8  ：其他類型按字對(duì)齊，在64位機(jī)器上，一個(gè)字是8個(gè)字節(jié)
// 8

unsafe.Offsetof(f)

計(jì)算成員f相對(duì)于結(jié)構(gòu)體的起始地址的偏移量。如果有內(nèi)存空位也計(jì)算在內(nèi)，該函數(shù)的操作數(shù)，必須是一個(gè)成員選擇器：x.a。

func main() {
	var x struct{
		a bool
		c []int
		b int16
	}

	fmt.Println(unsafe.Offsetof(x.a))
	fmt.Println(unsafe.Offsetof(x.c))
	fmt.Println(unsafe.Offsetof(x.b))
}
// 64位機(jī)器結(jié)果：
// 0 : 結(jié)構(gòu)體的第一個(gè)成員
// 8 ：這里有7個(gè)字節(jié)的內(nèi)存空位
// 32

unsafe.Pointer

unsafe.Pointer是一種特殊類型的指針，它可以存儲(chǔ)任何變量的地址。對(duì)于一個(gè)unsafe.Pointer類型的指針，由于我們不知道它的具體類型，導(dǎo)致我們不能間接的通過(guò)*p來(lái)獲取它的實(shí)際值。普通類型的指針也可以轉(zhuǎn)換為unsafe.Pointer類型的指針，unsafe.Pointer類型的指針可以轉(zhuǎn)換為普通類型的指針，而且不必和原來(lái)的類型相同。使用unsafe.Pointer進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換可以將任意的值寫入內(nèi)存，并因此破壞類型系統(tǒng)。

uintper類型

uintper類型保存了指針?biāo)赶虻刂返臄?shù)值，這樣就可以進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算。（uintpter類型是一個(gè)足夠大的無(wú)符號(hào)整型，可以用來(lái)表示任何地址。）unsafe.Pointer也可以轉(zhuǎn)換為uintptr，當(dāng)然uintptr也可以轉(zhuǎn)換為unsafe.Pointer（這里也會(huì)破壞類型系統(tǒng)）。

package main

import (
	"fmt"
	"unsafe"
)

func main() {
	var x struct{
		a bool
		b int16
		c []int
	}

	//pb := &x.b
	pb := (*int16)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&x)) + unsafe.Offsetof(x.b)))

	*pb = 42
	fmt.Println(x.b)
}

這里首先將x的地址轉(zhuǎn)換為unsafe.Pointer類型從而轉(zhuǎn)換為uintptr類型，uintptr類型就可以用于計(jì)算。計(jì)算后再轉(zhuǎn)換為原來(lái)的類型，對(duì)內(nèi)存地址指向的區(qū)域賦值。但是這里不能引入uintptr類型的臨時(shí)變量，例如下面這樣。因?yàn)槔厥掌鲿?huì)移動(dòng)內(nèi)存中的變量，為了減少內(nèi)存碎片。但是在垃圾回收器uintptr類型僅僅是一個(gè)數(shù)值，所以移動(dòng)過(guò)后，不會(huì)改變uintptr存的指針對(duì)應(yīng)的內(nèi)存里的數(shù)據(jù)。

    ptr := uintptr(unsafe.Pointer(&x)) + unsafe.Offsetof(x.b)
    pb := (*int16)(unsafe.Pointer(ptr))

總結(jié)

unsafe包可以用來(lái)操作內(nèi)存，從而增加go語(yǔ)言的靈活性，但是unsafe包無(wú)法保證在未來(lái)go語(yǔ)言升級(jí)中能夠兼容。uintptr類型不能作為臨時(shí)變量。并且在uintptr類型轉(zhuǎn)換到unsafe.Pointer的過(guò)程中要盡量減少uintptr的操作次數(shù)。

當(dāng)前標(biāo)題：golang低級(jí)編程：一.unsafe包
文章出自：http://chinadenli.net/article6/dsoisig.html

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