Go 语言之指针(pointer)详解

很多人的理解可能以为指针是和spark中的游标一样,尤其是取数组中的值根据下标来取,其实不然,在这里,Go 语言中的指针所表示的是:一个指针变量指向了一个值的内存地址。类似于变量和常量,在使用指针前你需要声明指针。
指针声明格式如下:

var var_name *var-type

var-type 为指针类型,var_name 为指针变量名,* 号用于指定变量是作为一个指针。

以下是有效的指针声明:

var a *int        // 指向整型
var b *float32    // 指向浮点型 

指针(pointer)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。

要明白指针,需要知道几个概念:指针地址、指针类型和指针取值。

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 := &a

其中 a 代表被取地址的变量名,变量a的地址使用变量 ptr 进行接收,ptr 的类型为*T,称作 T 的指针类型,*代表指针。
指针使用流程:

  • 定义指针变量。
  • 为指针变量赋值。
  • 访问指针变量中指向地址的值。

在指针类型前面加上 * 号(前缀)来获取指针所指向的内容。

package main

import "fmt"

func main() {
    
    

   var a int= 20  /* 声明实际变量 */
   var ip *int        /* 声明指针变量 */

   ip = &a  /* 指针变量的存储地址 */

   fmt.Printf("a 变量的地址: %x\n", &a  )

   /* 指针变量的存储地址 */

   fmt.Printf("ip 变量储存的指针地址: %x\n", ip )


   /* 使用指针访问值 */

   fmt.Printf("*ip 变量的值: %d\n", *ip )

}

执行结果:

a 变量的地址: 20818a220
ip 变量储存的指针地址: 20818a220
*ip 变量的值: 20

每个变量都拥有地址,指针的值就是地址。

空指针

当一个指针被定义后没有分配到任何变量时,它的值为 nil。

nil 指针也称为空指针。

nil在概念上和其它语言的null、None、nil、NULL一样,都指代零值或空值。

示例:

package main

import "fmt"


func main() {
    
    

   var  ptr *int

   fmt.Printf("ptr 的值为 : %x\n", ptr )

}

执行结果:

ptr 的值为 : 0

空指针判断:

if(ptr != nil)     /* ptr 不是空指针 */
if(ptr == nil)    /* ptr 是空指针 */

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:

package main

import  "fmt"
 
func main() {
    
       

     // 准备一个字符串类型    
     var str = "Malibu Point 10880, 90265"   
 
     // 对字符串取地址, ptr类型为*string    
     ptr := &srt  
  
     // 打印ptr的类型   
     fmt.Printf("ptr type: %T\n", ptr)   
   
     // 打印ptr的指针地址,地址每次运行都会发生变化   
     fmt.Printf("address: %p\n", ptr)   
      
      // 对指针进行取值操作,变量 value 的类型为 string   
      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

解析:

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。

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)      //结果 2  1
  
}

解析:

  • 定义一个交换函数,参数为 a、b,类型都为 *int 指针类型。
  • 取指针 a 的值,并把值赋给变量 t,t 此时是 int 类型。
  • 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”。
  • 将 t 的值赋给指针 b 指向的变量。
  • 准备 x、y 两个变量,分别赋值为 1 和 2,类型为 int。
  • 取出 x 和 y 的地址作为参数传给 swap() 函数进行调用。
  • 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,又会是另一种情况:

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)    //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。

使用指针变量获取命令行的输入信息

Go语言内置的 flag 包实现了对命令行参数的解析。

下面的代码通过提前定义一些命令行指令和对应的变量,并在运行时输入对应的参数,经过 flag 包的解析后即可获取命令行的数据。

package main

// 导入系统包

import (    
   "flag"    
   "fmt"
)

// 定义命令行参数
var mode = flag.String("mode", "", "process mode")

func main() {
    
        

   // 解析命令行参数   
   flag.Parse()    

   // 输出命令行参数    
   fmt.Println(*mode)
 }

将这段代码放在文件名为 main.go里面,然后运行此文件:

go run main.go --mode=fast

执行结果:

fast

解析:

定义命令行参数,通过 flag.String,定义一个 mode 变量,这个变量的类型是 *string。后面 3 个参数分别如下:

  • 参数名称:在命令行输入参数时,使用这个名称。
  • 参数值的默认值:与 flag 所使用的函数创建变量类型对应,String 对应字符串、Int 对应整型、Bool 对应布尔型等。
  • 参数说明:使用 -help 时,会出现在说明中。

解析命令行参数,并将结果写入到变量 mode 中。

输出命令行参数 ,打印 mode 指针所指向的变量。

由于之前已经使用 flag.String 注册了一个名为 mode 的命令行参数,flag 底层知道怎么解析命令行,并且将值赋给 mode*string 指针,在 Parse 调用完毕后,无须从 flag 获取值,而是通过自己注册的这个 mode 指针获取到最终的值。代码运行流程如下图所示:

在这里插入图片描述

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)

示例:

str := new(string)
*str = "hello"
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。

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