Go-06 指针详解

不念不忘少年蓝@ 2023-06-11 15:21 12阅读 0赞

与 Java 和 .NET 等编程语言不同，Go语言为程序员提供了控制数据结构指针的能力，但是，**并不能进行指针运算**。Go语言允许你控制特定集合的数据结构、分配的数量以及内存访问模式，这对于构建运行良好的系统是非常重要的。

指针

在Go语言中可以被拆分为两个核心概念：

*  类型指针，允许对这个指针类型的数据进行修改，传递数据可以直接使用指针，而无须拷贝数据，类型指针不能进行偏移和运算。
 *  切片，由指向起始元素的原始指针、元素数量和容量组成。

受益于这样的约束和拆分，Go语言的指针类型变量即拥有指针高效访问的特点，又不会发生指针偏移，从而避免了非法修改关键性数据的问题。同时，垃圾回收也比较容易对不会发生偏移的指针进行检索和回收。  
  
切片比原始指针具备更强大的特性，而且更为安全。切片在发生越界时，运行时会报出宕机，并打出堆栈，而原始指针只会崩溃。

# 认识指针地址和指针类型 #

一个指针变量可以指向任何一个值的内存地址，它所指向的值的内存地址在 32 和 64 位机器上分别占用 4 或 8 个字节，占用字节的大小与所指向的值的大小无关。当一个指针被定义后没有分配到任何变量时，它的默认值为 nil。指针变量通常缩写为 ptr。

每个变量在运行时都拥有一个地址，这个地址代表变量在内存中的位置。Go语言中使用在变量名前面添加`&`操作符（前缀）来获取变量的内存地址（取地址操作），格式如下：

ptr := &v    // v 的类型为 T

其中 v 代表被取地址的变量，变量 v 的地址使用变量 ptr 进行接收，ptr 的类型为`*T`，称做 T 的指针类型，`*`代表指针。

指针实际用法，可以通过下面的例子了解：

package main
    import (
        "fmt"
    )
    func main() {
        var cat int = 1
        var str string = "banana"
        fmt.Printf("%p %p", &cat, &str)
    }

运行结果：

0xc042052088 0xc0420461b0

代码说明如下：

*  第 8 行，声明整型变量 cat。
 *  第 9 行，声明字符串变量 str。
 *  第 10 行，使用 fmt.Printf 的动词`%p`打印 cat 和 str 变量的内存地址，指针的值是带有`0x`十六进制前缀的一组数据。

**提示**：变量、指针和地址三者的关系是，每个变量都拥有地址，**指针的值就是地址**。

# 从指针获取指针指向的值 #

当使用`&`操作符对普通变量进行取地址操作并得到变量的指针后，可以对指针使用`*`操作符，也就是指针取值，代码如下：

package main
    import (
        "fmt"
    )
    func main() {
        // 准备一个字符串类型
        var house = "Malibu Point 10880, 90265"
        // 对字符串取地址, ptr类型为*string
        ptr := &house
        // 打印ptr的类型
        fmt.Printf("ptr type: %T\n", ptr)
        // 打印ptr的指针地址
        fmt.Printf("address: %p\n", ptr)
        // 对指针进行取值操作
        value := *ptr
        // 取值后的类型
        fmt.Printf("value type: %T\n", value)
        // 指针取值后就是指向变量的值
        fmt.Printf("value: %s\n", value)
    }

运行结果：

ptr type: *string
    address: 0xc0420401b0
    value type: string
    value: Malibu Point 10880, 90265

代码说明如下：

*  第 10 行，准备一个字符串并赋值。
 *  第 13 行，对字符串取地址，将指针保存到变量 ptr 中。
 *  第 16 行，打印变量 ptr 的类型，其类型为 \*string。
 *  第 19 行，打印 ptr 的指针地址，地址每次运行都会发生变化。
 *  第 22 行，对 ptr 指针变量进行取值操作，变量 value 的类型为 string。
 *  第 25 行，打印取值后 value 的类型。
 *  第 28 行，打印 value 的值。

**取地址操作符`&`和取值操作符`*`是一对互补操作符，`&`取出地址，`*`根据地址取出地址指向的值**。  
  
变量、指针地址、指针变量、取地址、取值的相互关系和特性如下：

*  对变量进行取地址操作使用`&`操作符，可以获得这个变量的指针变量。
 *  指针变量的值是指针地址。
 *  对指针变量进行取值操作使用`*`操作符，可以获得指针变量指向的原变量的值。

# 使用指针修改值 #

通过指针不仅可以取值，也可以修改值。  
  
前面已经演示了使用多重赋值的方法进行数值交换，使用指针同样可以进行数值交换，代码如下：

package main
    import "fmt"
    // 交换函数
    func swap(a, b *int) {
        // 取a指针的值, 赋给临时变量t
        t := *a
        // 取b指针的值, 赋给a指针指向的变量
        *a = *b
        // 将a指针的值赋给b指针指向的变量
        *b = t
    }
    func main() {
    // 准备两个变量, 赋值1和2
        x, y := 1, 2
        // 交换变量值
        swap(&x, &y)
        // 输出变量值
        fmt.Println(x, y)
    }

运行结果：

2 1

代码说明如下：

*  第 6 行，定义一个交换函数，参数为 a、b，类型都为 \*int 指针类型。
 *  第 9 行，取指针 a 的值，并把值赋给变量 t，t 此时是 int 类型。
 *  第 12 行，取 b 的指针值，赋给指针 a 指向的变量。注意，此时`*a`的意思不是取 a 指针的值，而是“a 指向的变量”。
 *  第 15 行，将 t 的值赋给指针 b 指向的变量。
 *  第 21 行，准备 x、y 两个变量，分别赋值为 1 和 2，类型为 int。
 *  第 24 行，取出 x 和 y 的地址作为参数传给 swap() 函数进行调用。
 *  第 27 行，交换完毕时，输出 x 和 y 的值。

`*`操作符作为右值时，意义是取指针的值，作为左值时，也就是放在赋值操作符的左边时，表示 a 指针指向的变量。其实归纳起来，`*`操作符的根本意义就是操作指针指向的变量。当操作在右值时，就是取指向变量的值，当操作在左值时，就是将值设置给指向的变量。

如果在 swap() 函数中交换操作的是指针值，会发生什么情况？可以参考下面代码：

package main
    import "fmt"
    func swap(a, b *int) {
        b, a = a, b
    }
    func main() {
        x, y := 1, 2
        swap(&x, &y)
        fmt.Println(x, y)
    }

运行结果：

1 2

结果表明，交换是不成功的。上面代码中的 swap() 函数交换的是 a 和 b 的地址，在交换完毕后，a 和 b 的变量值确实被交换。但和 a、b 关联的两个变量并没有实际关联。这就像写有两座房子的卡片放在桌上一字摊开，交换两座房子的卡片后并不会对两座房子有任何影响。

# 创建指针的另一种方法--new() 函数 #

Go语言还提供了另外一种方法来创建指针变量，格式如下：

new(类型)

一般这样写：

str := new(string)
    *str = "Go语言教程"
    fmt.Println(*str)

new() 函数可以创建一个对应类型的指针，创建过程会分配内存，被创建的指针指向默认值。