你好，我是k哥。一个在大厂工作6年的后端程序员，一直在继续搬砖。
在C/C++中，我们知道void*提供了强大的万能指针，可以进行任意类型的指针转换和算数操作。那么在Golang中，是否有类似的功能呢？答案是有的，这就是我们今天要探讨的unsafe包。
本文将深入探讨unsafe包的功能和原理。同时，我们学习某种东西，一方面是为了实践运用，另一方面则是出于功利性面试的目的。所以，本文还会为大家介绍unsafe 包的典型应用以及高频面试题。
为了实现灵活操作内存的目的，unsafe包主要提供了4个功能：
var a int = 1
p := unsafe.Pointer(&a) // 其它类型指针转Pointer
b := (*int)(p) // Pointer类型转其它类型指针
fmt.Println(*b) // 输出1
type Person struct {
age int
name string
}
person := Person{age:18,name:"k哥"}
p := unsafe.Pointer(&person) // 其它类型指针转Pointer
u := uintptr(p) // Pointer类型转为uintptr
u=u+8 // uintptr加减操作
pName := unsafe.Pointer(u) // uintptr转换为Pointer
name := *(*string)(pName)
fmt.Println(name) // 输出k哥
uintptr是用于指针运算的，它只是一个存储一个指针地址的int类型，GC 不把 uintptr 当指针，因此， uintptr 类型的目标可能会被回收。
func Alignof(x ArbitraryType) uintptr // 内存对齐
func Offsetof(x ArbitraryType) uintptr // 内存偏移量
func Sizeof(x ArbitraryType) uintptr // 内存大小
ArbitraryType是占位符，golang编译器在编译时会替换为具体类型。
func Slice(ptr *ArbitraryType, len IntegerType) []ArbitraryType
func SliceData(slice []ArbitraryType) *ArbitraryType
func String(ptr *byte, len IntegerType) string
func StringData(str string) *byte
为什么说Slice、SliceData、String、StringData是高性能类型转换函数呢?下面我们就来剖析下它们的实现原理。
本文以String和StringData函数为例，Slice和SliceData函数实现原理类似。在介绍函数实现原理之前，先认识下string类型的底层数据结构StringHeader。string类型会被Golang编译器编译成此结构，其中Data是byte数组地址，Len是字符串长度。
type StringHeader struct {
Data uintptr // byte数组地址
Len int // 字符串长度
}
String函数会被Go编译成下面的函数实现逻辑。我们可以发现，ptr指针转换为string类型，是直接将ptr赋值给StringHeader的成员Data，而不需要重新拷贝ptr指向的byte数组。从而通过零拷贝实现高性能类型转换。
import (
"fmt"
"reflect"
"unsafe"
)
func String(ptr *byte, len int) string {
p := (uintptr)(unsafe.Pointer(ptr))
hdr := &reflect.StringHeader{
Data: p,
Len: len,
}
// 将 StringHeader 转为 string
str := *(*string)(unsafe.Pointer(hdr))
return str
}
func main() {
bytes := []byte{'h', 'e', 'l', 'l', 'o'}
ptr := &bytes[0]
len := 5
str := String(ptr, len)
fmt.Println(str) // 输出hello
}
StringData函数会被Go编译成下面的函数实现逻辑。同理，我们可以发现，string类型转换为byte，是直接取StringHeader的uintptr类型成员Data，并将其转换为byte。不需要拷贝整个string，重新生成byte数组。从而通过零拷贝实现高性能类型转换。
import (
"fmt"
"reflect"
"unsafe"
)
func StringData(str string) *byte {
hdr := (*reflect.StringHeader)(unsafe.Pointer(&str))
data := hdr.Data
return (*byte)(unsafe.Pointer(data))
}
func main() {
str := "hello"
data := StringData(str)
fmt.Println(string(*data)) // 输出h
}
回到问题，为什么说Slice、SliceData、String、StringData是高性能类型转换函数呢？通过String和StringData函数的实现逻辑，我们可以知道，String和StringData利用unsafe包，通过零拷贝，实现了高性能类型转换。
在实践中，常见使用unsafe包的场景有2个：
func SetData(bytes []byte) {
cstr := (*C.ｃｈａｒ)(unsafe.Pointer(&bytes[0])) // 转换成一个C ｃｈａｒ类型
C.setData(cstr, (C.int)(len(bytes))) // 调用C语言函数
}
func Bytes2String(b []byte) string {
return *(*string)(unsafe.Pointer(&b))
}
func String2Bytes(s string) []byte {
sh := (*reflect.StringHeader)(unsafe.Pointer(&s))
bh := reflect.SliceHeader{
Data: sh.Data,
Len: sh.Len,
Cap: sh.Len,
}
return *(*[]byte)(unsafe.Pointer(&bh))
}
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