Go——指针和内存逃逸

        区别于C/C++中的指针，Go语言中的指针不能进行偏移和运算，是安全指针。

        要搞明白Go语言中的指针概念需要先知道3个概念：指针地址，指针类型和指针取值。

一. Go语言的指针

        Go语言中的函数传参都是值拷贝，当我们想修改某个变量时，我们可以创建一个指向该变量地址的指针变量。传递数据使用指针，而无须拷贝数据。类型指针不能进行偏移和运算。Go语言中的指针操作非常简单，只需要记住两个符号'*'(解引用，根据地址取值)和'&'(取地址)。

        1.1 指针地址和指针类型

        每个变量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&字符放在变量前面，对变量进行取地址操作。Go语言中的值类型(int，float，bool，string，array，struct)都有对应的指针类型，如*int，*int64，*string，*[5]int等。

        指针就是地址，指针类型是一个类型，比如：*int(整型指针类型)。

        取变量指针的语法：

ptr := &v

其中：

v：代表被取地址的变量，类型T

ptr：用于接收地址的变量，ptr的类型就是*T，称作T的指针类型。*代表指针。 

举个例子：

package mainimport "fmt"func main() {a := 10b := &afmt.Printf("a=%d, &a=%p, type(a)=%T\n", a, &a, a)fmt.Printf("b=%p, &b=%p, type(b)=%T\n", b, &b, b)
}

b := &a图示：

         1.2 指针取值

        对普通变量使用&操作符取地址后会获得这个变量的指针，然后可以对指针使用*操作，也就是指针取值。

        但是数组指针不需要使用*符号，直接索引就可以取值。

package mainimport "fmt"func main() {a := 10b := &afmt.Printf("type(b)=%T\n", b)c := *bfmt.Printf("c=%d, type(c)=%T\n", c, c)//修改值*b = 10fmt.Printf("a=%d, b=%d\n", a, *b)//数组指针取值arr := [...]int{1, 2, 3, 4, 5}//获得指针数组ptr := &arrfmt.Printf("%T\n", ptr)fmt.Println(arr)//修改值，就是修改原数组ptr[0] = 10fmt.Println(arr)}

        总结：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，取值的互相关系和特性如下：

1. 对变量进行取地址操作(&)，可以获得这个变量的指针变量。
2. 指针变量的值就是指针地址。
3. 对指针变量进行取值操作(*)，可以获得指针变量指向原变量的值。

指针传值示例：

package mainimport "fmt"func test1(x int) {x = 100
}func test2(x *int) {*x = 200
}func main() {x := 10//值拷贝，没有修改实参，修改的是形参test1(x)fmt.Println(x)//传入指针，修改了传入变量test2(&x)fmt.Println(x)
}

        1.3 空指针

• 当一个指针被定义没有分配到任何变量时，它的值为nil

• 空指针判断

package mainimport "fmt"func main() {var ptr *intfmt.Println(ptr)fmt.Printf("ptr的值是%s\n", ptr)if ptr == nil {fmt.Println("空值")} else {fmt.Println("非空")}
}

        1.4 new和make

        下面这个例子报panic错的原因是：在Go语言中对于引用类型的变量，我们使用的时候不仅要声明它，我们还需要为它分配内存，都在我们的值没有办法存储。而对于值类型的声明不需要分配内存空间，是因为他们在声明的时候已经默认分配好了内存空间。这时的指针相当于是一个野指针。

        下面的a指针变量和b变量(map引用类型)，只进行了声明(声明之后默认给初始值，指针初始值为nil，map初始值为map[]等)，没有分配内存，a的值为nil，b的值为map[](map底层实际是一个指向hmap的指针，声明实际指针也是nil)。不能使用。

        分配内存，需要用到Go语言内建的new和make函数。

        1.4.1 new

        new是一个内置函数，它的函数签名如下：

func new(Type) *Type

其中：

• Type表示类型，new函数只接受一个参数，这个参数是一个类型。
• *Type表示类型指针，new函数返回一个指向该类型内存地址的指针。 

        new函数不太常用，使用new函数得到的是一个类型的指针，并且该指针对应的值为该类型的默认值。举个例子：

package mainimport "fmt"func main() {a := new(int)b := new(bool)//默认值fmt.Printf("*a=%d, type(a)=%T\n", *a, a)fmt.Printf("*b=%v, type(b)=%T\n", *b, b)*a = 10*b = truefmt.Println(*a, *b)
}

        上面报错的例子中，由于var a *int只是声明没有初始化分配内存，是一个野指针，不能使用。初始化需要使用new函数 var a *int = new(int)，之后才能使用。

        1.4.2 make

        make也是用来内存分配的，区别于new，它只用于slice，map以及chan(管道)的内存创建，而它返回的类型就是这三个类型本身，而不是他们的指针类型。因为这三个类型都是引用类型，所以就没有必要返回指针类型。

        函数签名：

func make(t Type, size ...IntegerType) Type

其中：

• t Type表示类型。
• size ...IntegerType：是一个可变参数，int类型，可以传多个值，一般传入类型大小。
• 返回值类型Type，不是指针，直接是引用类型。

         make函数是无可替代的，我们在使用slice，map以及channel的时候，都需要使用make进行初始化，然后才可以对他们进行操作。

        上面例子中的var b map[string]int只是声明了变量b是一个map类型的变量，需要像下面的示例代码一样使用make函数进行初始化操作之后，才能对其进行赋值：

package mainimport "fmt"func main() {var b map[string]int = make(map[string]int, 10)b["测试"] = 100fmt.Println(b)
}

        1.4.3 make和new的区别

• 二者都是用来做内存分配的。

• make只用于slice，map和channel引用类型的初始化，返回的还是这三个引用类型本身。

• 而new用于类型的内存分配，并且内存对应的值为类型的默认值，返回的是指向类型的指针。 

        1.5 多级指针 

        在Go语言中也存在多级指针。指针变量在内存中也需要保存，也有地址，多级指针实际就是保存指针变量的地址。

package mainimport "fmt"func main() {a := 10fmt.Printf("&a=%p\n", &a)//p1保存a的地址，*p1<=>ap1 := &afmt.Printf("&p1=%p, p1=%p, *p1=%d, type(p1)=%T\n", &p1, p1, *p1, p1)//p2保存p1的地址 *p2为p1的值即a的地址，**p2<=>*p1<=>ap2 := &p1fmt.Printf("&p2=%p, p2=%p, *p2=%p, **p=%d type(p2)=%T\n", &p2, p2, *p2, **p2, p2)}

二.内存逃逸

        查看内存逃逸信息命令：

go build -gcflags "-m" project.go
go run -gcflags "-m -l" project.go参数：
-m：打印逃逸信息
-l：禁止内联编译

        2.1 现象

• make，new和函数内部的变量保存在哪里？

        make和new出来的变量保存在堆上。

        而函数内部定义的变量需要通过逃逸分析来决定保存位置。

        现象：通过内存逃逸命令我们可以看到变量c被保存到了堆上。

        原因：由于test()函数返回指针变量(&c)，Go编译器认为外部还会使用到变量c，如果将其回收，返回的指针就变成了野指针，获取不到对应值了。于是将其分配到了堆上。这个操作时Go编译器做的。

        对比C/C++，将变量分配到堆上的操作需要程序员来做，否则变量被回收，返回的指针编程了野指针。

         2.1 逃逸分析定义

        Go语言的逃逸分析是指：Go编译器用来决定变量存储位置的过程。

        2.2 逃逸分析标准

• 如果一个变量只在函数内部使用，并且没有其他引用，那么它通常会被分配到栈上。
• 如果变量在函数返回后仍然被引用，会造成逃逸

•  栈空间不足，会造成逃逸

• 动态类型逃逸，不确定变量类型

        当函数参数为"interface{}"类型，如最常用的fmt.Println(a ...interface{})，编译期间很难确定其参数的具体类型，也会发生逃逸。 

• 不确定长度大小，会发生逃逸 

•  闭包引用对象发生逃逸

        2.3 总结

• 逃逸分析在编译阶段完成

• 逃逸分析目的是决定内分配地址是栈还是堆

• 栈上分配内存比在堆中分配内存有更高的效率

• 栈上分配的内存不需要GC处理，堆上分配的内存使用完毕会交给GC处理

在实际中，应该尽量避免逃逸。栈中的变量不需要gc回收。同时栈的分配比堆快，性能好。

另外，还可以进行同步消除，如果定义的对象的方法上有同步锁,但在运行时却只有一个线程在访问,此时逃逸分析后的机器码会去掉同步锁运行

三.引用类型和指针类型区别

         引用类型和指针类型是两个不同的类型。与C++中的引用相似，但也有很多不同的地方。

区别：

• 从定义上

        引用类型包括slice，map，channel，interface等，它们实际是对底层数据结构的抽象，通过这些类型可以直接操作底层数据结构的元素。

        指针是一个保存变量地址的变量，它指向变量在内存中的位置。

• 从传递方式上

        引用类型在函数调用时使用的是引用传递，函数在内部修改参数，会影响实际参数的值，可以直接使用。

        指针类型虽然说也是引用传递，但由于他是间接访问，在函数内部对指针进行修改不会修改实际参数值，而需要进行解引用。

• 从性质上

        引用类型是原变量的别名，没有自己独立的空间。

        指针类型的变量是一个实体，保存另一个变量的地址。但是Go语言中的指针不能进行运算。

        指针有多级指针

        引用没有多级引用。