golang unsafe 包閱讀

1.  unsafe包

1.1.  ArbitraryType

unsafe 包下定義了一個 ArbitratyType 類型，代表了任意的 Go 表達式。

 type ArbitraryType int

1.2.  Pointer

Pointer 定義：

 type Pointer *ArbitraryType

Pointer 代表了一個指向任意類型的指針，有四種只適用對 Pointer 而不適用於其他類型的操作。

因此，Pointer 可以跳過類型系統而直接指向任意類型。所以需要十分小心的使用。

關於使用 Pointer 的規則，不使用這些規則的代碼是不可用的，或者在未來是不可用的。

1.2.1.  使用 Pointer 作爲中間者將 *T1 轉換爲 *T2

前提是 T2 的大小不超過 T1，而且兩者的內存分佈相同。

func Float64bits(f float64) uint64 {
  return *(*uint64)(unsafe.Pointer(&f))
}

1.2.2.  把 Pointer 轉換爲 uintptr

把 Pointer 轉換爲 uintptr 將產生一個指向類型值的 int 變量。常用來打印一個 uintptr。

將 uintptr 轉換爲 Pointer 是不可用的。

因爲 uintptr 是一個整數值，而不是引用。就是說 uintptr 和指針沒有任何關係。可以說是將 Pointer 指向的地址的值返回給 uintptr，即使 uintptr 中的值對應的地址的對象更新了或者刪除了，uintptr 也不會改變。

1.2.3.  把 Pointer 轉爲 uintptr 再轉換回 Pointer，其中帶有 uintptr 數值運算

如果 Pointer 指向一個分配的對象，那麼如下轉換可以把 Pointer 指針向後移動。

 p = unsafe.Pointer(uintptr(p) + offset)

最常用的是指向結構體中不同字段或者數組中的元素

 // equivalent to f := unsafe.Pointer(&s.f)
 f := unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&s)) + unsafe.Offsetof(s.f))
 // equivalent to e := unsafe.Pointer(&x[i])
 e := unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&x[0])) + i*unsafe.Sizeof(x[0]))

這可以用來向前或向後移動指針，通過加或者減 offset。指針移動之後，也應該指向該內存範圍中。

將 Pointer 移動超過其對象的原始內存分配範圍是不可用的，如：

 // INVALID: end points outside allocated space.
 var s thing
 end = unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&s)) + unsafe.Sizeof(s))
 // INVALID: end points outside allocated space.
 b := make([]byte, n)
 end = unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&b[0])) + uintptr(n))

當然如下代碼也是錯誤的，因爲 uintptr 不可以儲存在變量中：

 // INVALID: uintptr cannot be stored in variable
 // before conversion back to Pointer.
 u := uintptr(p)
 p = unsafe.Pointer(u + offset)

Pointer 必須指向一個已經分配好的對象，而不能是 nil

 // INVALID: conversion of nil pointer
 u := unsafe.Pointer(nil)
 p := unsafe.Pointer(uintptr(u) + offset)

1.2.4.  當調用 syscall.Syscall 時，需要把 Poiner 轉換爲 uintptr

syscall 包下的 Syscall 函數把 uintptr 參數傳遞給操作系統，然後根據調用的相關信息，把相應的 uintptr 再轉換爲指針。

如果一個指針參數必須被轉換爲 uintptr 作爲參數的話，這個轉換隻能在調用函數中的參數表達式完成，因爲 uintptr 是不能儲存在變量中的。

 syscall.Syscall(SYS_READ, uintptr(fd), uintptr(unsafe.Pointer(p)), uintptr(n))

編譯器處理函數調用中的指針時，該指針所指向的對象會被保留到函數調用結束，即使該對象在函數調用時並不使用。

如下是錯誤的代碼，因爲 uintptr 不能保存在變量中

 // INVALID: uintptr cannot be stored in variable
 // before implicit conversion back to Pointer during system call.
 u := uintptr(unsafe.Pointer(p))
 syscall.Syscall(SYS_READ, uintptr(fd), u, uintptr(n))

1.2.5.  將 reflect.Value.Pointer 或者 reflect.Value.UnsafeAddr 的結果從 uintptr 轉換爲 Pointer

包 reflect 下 Value 的 Pointer 方法和 UnsafeAddr 方法返回的是 uintptr 而不是 Pointer 類型，以便於調用者不使用 usafe 包就可以轉換爲任意類型。這也意味着，這兩個方法的返回值必須使用 Pointer 進行轉換纔可以使用：

 p := (*int)(unsafe.Pointer(reflect.ValueOf(new(int)).Pointer()))

因爲這兩個函數調用的返回值是 uintptr，所以也是不可以變量儲存的。

1.2.6.  reflect.SliceHeader 或者 reflect.StringHeader 的 Data 字段同 Pointer 的相互轉換

前面說過，返回 uintptr 是爲了調用者可以直接進行不同類型的轉換，而不用導入 unsafe 包。這意味着，只有當指針解析爲切片或者字符串時 SliceHeader 和 StringHeader 纔可以被使用。

 var s string
 hdr := (*reflect.StringHeader)(unsafe.Pointer(&s)) // case 1
 hdr.Data = uintptr(unsafe.Pointer(p))              // case 6 (this case)
 hdr.Len = n

通常情況下，SliceHeader 和 StringHeader 只能作爲 *SliceHeader 和 *StringHeader 使用，而不可以使用其結構體形式。

 // INVALID: a directly-declared header will not hold Data as a reference.
 var hdr reflect.StringHeader
 hdr.Data = uintptr(unsafe.Pointer(p))
 hdr.Len = n
 s := *(*string)(unsafe.Pointer(&hdr)) // p possibly already lost

1.3.  Sizeof 函數

定義：

 func Sizeof(x ArbitraryType) uintptr

直接複製標準文檔中的內容，下同。

Sizeof 返回類型 v 本身數據所佔用的字節數。返回值是 “頂層” 的數據佔有的字節數。例如，若 v 是一個切片，它會返回該切片描述符的大小，而非該切片底層引用的內存的大小。

1.4.  Alignof

定義：

 func Alignof(v ArbitraryType) uintptr

Alignof 返回類型 v 的對齊方式（即類型 v 在內存中佔用的字節數）；若是結構體類型的字段的形式，它會返回字段 f 在該結構體中的對齊方式。

1.5.  Offsetof

定義：

 func Offsetof(v ArbitraryType) uintptr

Offsetof 返回類型 v 所代表的結構體字段在結構體中的偏移量，它必須爲結構體類型的字段的形式。換句話說，它返回該結構起始處與該字段起始處之間的字節數。

總結

1.2 中的 Pointer 和 uintptr 的區別：

假設在內存中有一個變量a := 1

那麼p := Pointer(&a)中，p 包含的就是 a 的實際地址，假設爲1000，當 a 在內存中移動時，p 中的地址值也會實時更新。

而uintprt(p)只是1000，就是 a 的地址值，但是當 a 在內存中移動時，原來獲取的uintptr值並不會發生變化，一直都是 1000。

也是因爲這個原因，syscall.Syscall 傳入的 uintptr 如果代表一個對象的指針，那麼該對象在內存中是一直被保留的，而且不能移動，否則的話 uintptr 指向的就不是原來的對象了，容易內存泄漏。

還有一個就是 uintptr 不能保存在變量中，只能使用 Pointer 進行轉換然後才能保存。

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