按照 Go 语言官方文档所说, unsafe 是关注 Go 程序操作类型安全的包。
像包名暗示的一样，使用它要格外小心； unsafe 可以特别危险，但它也可以特别有效。例如，当处理系统调用时，Go 的 结构体 必须和 C 的结构体拥有相同的内存结构，这时你可能除了使用 unsafe 以外，别无选择。
unsafe.Pointer 可以让你无视 Go 的类型系统，完成任何类型与内建的 uintptr 类型之间的转化。根据文档，unsafe.Pointer 可以实现四种其他类型不能的操作：
- 任何类型的指针都可以转化为一个 unsafe.Pointer
- 一个 unsafe.Pointer 可以转化成任何类型的指针
- 一个 uintptr 可以转化成一个 unsafe.Pointer
- 一个 unsafe.Pointer 可以转化成一个 uintptr
这里主要关注两种只能借助 unsafe 包才能完成的操作：使用 unsafe.Pointer 实现两种类型间转换和使用 unsafe.Pointer 处理系统调用。
使用 unsafe.Pointer 做类型转换
操作方式
可以简洁适宜的转换两个在内存中结构一样的类型是使用 unsafe.Pointer 的一个主要原因。
文档描述：
经典的例子，是文档中的一次使用，用来实现 math.Float64bits：
func Float64bits(f float64) uint64 {
return *(*uint64)(unsafe.Pointer(&f))
}
这似乎是一种非常简洁的完成这样转换的方法，但是这个过程中具体发生了什么？让我们一步步拆分一下：
- &f 拿到一个指向 f 存放 float64 值的指针。
- unsafe.Pointer(&f) 将 *float64 类型转化成了 unsafe.Pointer 类型。
- ( uint64)(unsafe.Pointer(&f)) 将 unsafe.Pointer 类型转化成了 uint64。
- ( uint64)(unsafe.Pointer(&f)) 引用这个 *uint64 类型指针，转化为一个 uint64 类型的值。
第一个例子是下面过程的一个简洁表达：
func Float64bits(floatVal float64) uint64 {
// 获取一个指向存储这个float64类型值的指针。
floatPtr := &floatVal
// 转化*float64类型到unsafe.Pointer类型。
unsafePtr := unsafe.Pointer(floatPtr)
// 转化unsafe.Pointer类型到*uint64类型.
uintPtr := (*uint64)(unsafePtr)
// 解引用成一个uint64值
uintVal := *uintPtr
return uintVal
}
这是一个非常有用的操作，有些时候也是一个必要操作。 现在你已经理解了 unsafe.Pointer 是如何使用的，那么让我们再看一个真实的项目例子
现实列子：taskstats
我最近正在研究 Linux 的 taskstats 接口 ，我想了一个办法在 Go 中取到了内核的 C 的 taskstats 结构。然后发送一个 CL 把这个结构加到 x/sys/ unix 中，我意识到这个结构实际上是如此的 庞大和复杂 。
为了使用这个结构，我需要从一个 byte 类型的切片中精确的分析每一个字段。更复杂的是，每一个 integer 类型在本地有序的存储，所以这些整数可能根据你的cpu在内存中以不同的格式存储。
这个情况就非常适合使用简洁的 unsafe.Pointer 转换，下面是我的写法：
// 通过这个包证实包含一个 unix.Taskstats 结构的byte类型的切片是预计的大小，我们不能盲目的将这个byte类型的切片放入一个错误尺寸的结构中。
const sizeofTaskstats = int(unsafe.Sizeof(unix.Taskstats{}))
if want, got := sizeofTaskstats, len(buf); want != got {
return nil, fmt.Errorf("unexpected taskstats structure size, want %d, got %d", want, got)
}
stats := *(*unix.Taskstats)(unsafe.Pointer(&buf[0]))
它是怎么做的？
首先，我通过参数传来的结构体实例，使用 unsafe.Sizeof，确定了该结构在内存中占有的准确的大小。
接下来，我确认需要转换的byte类型的切片大小和 unix.Taskstats 结构大小一样，这样我就可以只读取我想要的数据块，而不是随意读取内存。
最后，我使用 unsafe.Pointer 向 unix.Taskstats 结构转换。
但是，我为什么必须指定切片索引的0位置呢？
如果你了解 切片的内部结构 ，你将知道一个切片实际上是一个头和一个指向底层数组的指针。当使用 unsafe.Pointer 来转换切片数据时，必须指定数组第一个元素的内存地址，而不是切片本身的首地址。
使用 unsafe 使得转换非常的简洁、简单。因为整型数据根据我们的CPU以相同的字节顺序存储，使用 unsafe.Pointer 转化意味着整型值是我们预期的。
你可以去看看我 taskstats 包中的代码。
使用 unsafe.Pointer 处理系统调用
操作方式
当处理系统调用时，有些时候需要传入一个指向某块内存的指针给内核，以允许它执行某些任务。这是 unsafe.Pointer 在Go中另一个重要的使用场景。当需要处理系统调用时，就必须使用 unsafe.Pointer ，因为为了使用 syscall.Syscall 家族函数，它可以被转化成 uintptr 类型。
对于许多不同的操作系统，都拥有大量的系统调用。但是在这个例子中，我们将重点关注 ioctl 。ioctl，在UNIX类系统中，经常被用来操作那些无法直接映射到典型的文件系统操作，例如读和写的文件描述符。事实上，由于 ioctl 系统调用十分灵活，它并不在Go的 syscall 或者 x/sys/unix 包中。
让我看看另一个真实的例子。
现实例子：ioctl/vsock
在过去的几年里，Linux增加了一个新的 socket 家族，AF_VSOCK，它可以使管理中心和它的虚拟机之间双向，多对一的通信。
这些 套接字 使用一个上下文ID进行通信。通过发送一个带有特殊请求号的 ioctl 到 /dev/vsock 驱动，可以取到这个上下文ID。
下面是 ioctl 函数的定义：
func Ioctl(fd uintptr, request int, argp unsafe.Pointer) error {
_, _, errno := unix.Syscall(
unix.SYS_IOCTL,
fd,
uintptr(request),
// 在这个调用表达式中，从 unsafe.Pointer 到 uintptr 的转换是必须做的。详情可以查看 unsafe 包的文档
uintptr(argp),
)
if errno != 0 {
return os.NewSyscallError("ioctl", fmt.Errorf("%d", int(errno)))
}
return nil
}
像代码注释所写一样，在这种场景下使用 unsafe.Pointer 有一个很重要的说明：
在 syscall 包中的系统调用函数通过它们的 uintptr 类型参数直接操作系统，然后根据调用的详细情况，将它们中的一些转化为指针。换句话说，系统调用的执行，是其中某些参数从 uintptr 类型到指针类型的隐式转换。
如果一个指针参数必须转换成 uintptr 才能使用，那么这种转换必须出现在表达式内部。
但是为什么会这样？这是编译器识别的特殊模式，本质上是指示垃圾收集器在函数调用完成之前，不能将被指针引用的内存再次安排。
你可以通过阅读文档来获得更多的技术细节，但是你在Go中处理系统调用时必须记住这个规则。事实上，在写这篇文章时，我意识到我的代码违反了这一规则，现在已经被修复了。
意识到这一点，我们可以看到这个函数是如何使用的。
在 VM 套接字的例子里，我们想传递一个 *uint32 到内核，以便它可以把我们当时的上下文ID赋值到这块内存地址中。
f, err := fs.Open("/dev/vsock")
if err != nil {
return 0, err
}
defer f.Close()
// 存储上下文ID
var cid uint32
// 从这台机器的 /dev/vsock 中获取上下文ID
err = Ioctl(f.Fd(), unix.IOCTL_VM_SOCKETS_GET_LOCAL_CID, unsafe.Pointer(&cid))
if err != nil {
return 0, err
}
// 返回当前的上下文ID给调用者
return cid, nil
这只是在系统调用时使用 unsafe.Pointer 的一个例子。你可以使用这么模式发送、接收任何数据，或者是用一些特殊方式配置一个内核接口。有很多可能的情况！
你可以去看看我 vsock 包中的代码。
结尾
虽然使用 unsafe 包可能存在风险，但当使用恰当时，它可以是一个非常强大、有用的工具。
既然你在读这篇文章，我建议你在你的程序使用它之前，去 读一下 unsafe 包的官方文档 。
如果你有任何问题，请随时联系我！在 Gophers Slack , GitHub and Twitter 上我的名字是 mdlayher。
非常感谢 Hazel Virdó 对这篇文章的建议和修改！
链接
- unsafe 包
- 字节顺序
- taskstats 包
- Go中Slice的使用和内部实现
- ioctl
- vsock 包
via:
作者：Matt Layher 译者：yiyulantian 校对：polaris1119
本文由 GCTT 原创编译，Go语言中文网 荣誉推出
