Go高级特性 12 | 指针详解:在什么情况下应该使用指针?

什么是指针

我们都知道程序运行时的数据是存放在内存中的,而内存会被抽象为一系列具有连续编号的存储空间,那么每一个存储在内存中的数据都会有一个编号,这个编号就是内存地址。有了这个内存地址就可以找到这个内存中存储的数据,而内存地址可以被赋值给一个指针。

小提示:内存地址通常为 16 进制的数字表示,比如 0x45b876。

可以总结为:在编程语言中,指针是一种数据类型,用来存储一个内存地址,该地址指向存储在该内存中的对象。这个对象可以是字符串、整数、函数或者你自定义的结构体。

小技巧:你也可以简单地把指针理解为内存地址。

举个通俗的例子,每本书中都有目录,目录上会有相应章节的页码,可以把页码理解为一系列的内存地址,通过页码可以快速地定位到具体的章节(也就是说,通过内存地址可以快速地找到存储的数据)。

指针的声明和定义

在 Go 语言中,获取一个变量的指针非常容易,使用取地址符 & 就可以,比如下面的例子:

func main() {
   name:="Hello Golang"
   nameP:=&name//取地址
   fmt.Println("name变量的值为:",name)
   fmt.Println("name变量的内存地址为:",nameP)
}

示例中定义了一个 string 类型的变量 name,它的值为”Hello Golang”,然后通过取地址符 & 获取变量 name 的内存地址,并赋值给指针变量 nameP,该指针变量的类型为 *string。运行以上示例可以看到如下打印结果:

name变量的值为: Hello Golang
name变量的内存地址为: 0xc000010200

这一串 0xc000010200 就是内存地址,这个内存地址可以赋值给指针变量 nameP。

指针类型非常廉价,只占用 4 个或者 8 个字节的内存大小。

以上示例中 nameP 指针的类型是 *string,用于指向 string 类型的数据。在 Go 语言中使用类型名称前加 * 的方式,即可表示一个对应的指针类型。比如 int 类型的指针类型是 *int,float64 类型的指针类型是 *float64,自定义结构体 A 的指针类型是 *A。总之,指针类型就是在对应的类型前加 * 号。

下面通过一个图更好地理解普通类型变量、指针类型变量、内存地址、内存等之间的关系。

Go高级特性 12 | 指针详解:在什么情况下应该使用指针?

上图就是刚举的例子所对应的示意图,从图中可以看到普通变量 name 的值“Hello Golang”被放到内存地址为 0xc000010200 的内存块中。指针类型变量也是变量,它也需要一块内存用来存储值,这块内存对应的地址就是 0xc00000e028,存储的值是 0xc000010200。相信你已经看到关键点了,指针变量 nameP 的值正好是普通变量 name 的内存地址,所以就建立指向关系。

小提示:指针变量的值就是它所指向数据的内存地址,普通变量的值就是我们具体存放的数据。

不同的指针类型是无法相互赋值的,比如你不能对一个 string 类型的变量取地址然后赋值给 *int指针类型,编译器会提示你 Cannot use ‘&name’ (type *string) as type *int in assignment。

此外,除了可以通过简短声明的方式声明一个指针类型的变量外,也可以使用 var 关键字声明,如下面示例中的 var intP *int 就声明了一个 *int 类型的变量 intP。

var intP *int
intP = &name //指针类型不同,无法赋值

可以看到指针变量也和普通的变量一样,既可以通过 var 关键字定义,也可以通过简短声明定义。

小提示:通过 var 声明的指针变量是不能直接赋值和取值的,因为这时候它仅仅是个变量,还没有对应的内存地址,它的值是 nil。

和普通类型不一样的是,指针类型还可以通过内置的 new 函数来声明,如下所示

intP1:=new(int)

内置的 new 函数有一个参数,可以传递类型给它。它会返回对应的指针类型,比如上述示例中会返回一个 *int 类型的 intP1。

指针的操作

在 Go 语言中指针的操作无非是两种:一种是获取指针指向的值,一种是修改指针指向的值。

首先介绍如何获取,用下面的代码进行演示:

nameV:=*nameP
fmt.Println("nameP指针指向的值为:",nameV)

可以看到,要获取指针指向的值,只需要在指针变量前加 * 号即可,获得的变量 nameV 的值就是“Hello Golang”,方法比较简单。

修改指针指向的值也非常简单,比如下面的例子:

*nameP = "Hello Golang" //修改指针指向的值
fmt.Println("nameP指针指向的值为:",*nameP)
fmt.Println("name变量的值为:",name)

对 *nameP 赋值等于修改了指针 nameP 指向的值。运行程序你将看到如下打印输出:

nameP指针指向的值为: Hello Golang
name变量的值为: Hello Golang

通过打印结果可以看到,不光 nameP 指针指向的值被改变了,变量 name 的值也被改变了,这就是指针的作用。因为变量 name 存储数据的内存就是指针 nameP 指向的内存,这块内存被 nameP 修改后,变量 name 的值也被修改了。

通过 var 关键字直接定义的指针变量是不能进行赋值操作的,因为它的值为 nil,也就是还没有指向的内存地址。比如下面的示例:

var intP *int
*intP =10

运行的时候会提示 invalid memory address or nil pointer dereference。这时候该怎么办呢?其实只需要通过 new 函数给它分配一块内存就可以了,如下所示:

var intP *int = new(int)
//更推荐简短声明法,这里是为了演示
//intP:=new(int)

指针参数

假如有一个函数 modifyAge,想要用来修改年龄,如下面的代码所示。但运行它,会看到 age 的值并没有被修改,还是 18,并没有变成 20。

age:=18
modifyAge(age)
fmt.Println("age的值为:",age)

func modifyAge(age int)  {
   age = 20
}

导致这种结果的原因是 modifyAge 中的 age 只是实参 age 的一份拷贝,所以修改它不会改变实参 age 的值。

如果要达到修改年龄的目的,就需要使用指针,如下所示:

age:=18
modifyAge(&age)
fmt.Println("age的值为:",age)
func modifyAge(age *int)  {
   *age = 20
}

也就是说,当需要在函数中通过形参改变实参的值时,需要使用指针类型的参数。

指针接收者

使用指针类型作为接收者,有以下几点参考:

  • 如果接收者类型是 map、slice、channel 这类引用类型,不使用指针;
  • 如果需要修改接收者,那么需要使用指针;
  • 如果接收者是比较大的类型,可以考虑使用指针,因为内存拷贝廉价,所以效率高。

所以对于是否使用指针类型作为接收者,还需要根据实际情况考虑。

什么情况下使用指针

从以上指针的详细分析中,可以总结出指针的两大好处:

  1. 可以修改指向数据的值;
  2. 在变量赋值,参数传值的时候可以节省内存。

使用指针的建议

  1. 不要对 map、slice、channel 这类引用类型使用指针;
  2. 如果需要修改方法接收者内部的数据或者状态时,需要使用指针;
  3. 如果需要修改参数的值或者内部数据时,也需要使用指针类型的参数;
  4. 如果是比较大的结构体,每次参数传递或者调用方法都要内存拷贝,内存占用多,这时候可以考虑使用指针;
  5. 像 int、bool 这样的小数据类型没必要使用指针;
  6. 如果需要并发安全,则尽可能地不要使用指针,使用指针一定要保证并发安全;
  7. 指针最好不要嵌套,也就是不要使用一个指向指针的指针,虽然 Go 语言允许这么做,但是这会使代码变得异常复杂。
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