深入理解Go语言函数参数传递:值、指针与内存地址

深入理解Go语言函数参数传递:值、指针与内存地址

Go语言中,所有函数参数都是按值传递的。这意味着当传递一个变量(包括指针)给函数时,实际是传递该变量的一个副本。对于指针而言,函数接收的是指针值(即它所指向的内存地址)的一个副本,而不是指针变量本身的内存地址。因此,在函数内部修改该指针变量本身(如将其设为nil)不会影响原始指针,但通过复制的指针访问并修改其指向的数据,则会影响原始数据。理解这一点对于 Go 程序的内存模型和并发编程至关重要。

Go 语言的参数传递机制

go 语言的参数传递机制是“按值传递”(pass by value)。这意味着当您将一个变量传递给函数时,函数会接收到该变量的一个副本。这个规则适用于所有类型,包括基本类型(如 int, string, bool)、复合类型(如 struct, array)、以及引用类型(如 slice, map, channel, pointer)。

对于基本类型,其值被直接复制。例如,传递一个 int 变量,函数内部对该副本的修改不会影响原始变量。

而对于指针类型,传递的“值”是指针所存储的内存地址。函数接收到的是这个地址值的一个副本。这意味着,函数内部的指针变量与外部的原始指针变量是两个不同的变量,它们拥有各自独立的内存地址,但它们都指向同一块底层数据。

深入剖析指针的传值行为

为了更好地理解指针的传值行为,我们通过一个简化示例来观察变量地址、指针变量地址以及指针所指向的地址之间的关系。

考虑以下 Go 代码:

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package mainimport "fmt"func byVal(q *int) {    // 3. 进入 byVal 函数    // q 是一个 *int 类型的变量,它是 main 函数中 p 的值(即 &i)的一个副本。    // &q 是 q 这个变量自身的内存地址。    // q 是 q 所存储的地址值,即它指向的内存地址。    // *q 是 q 指向的内存地址上的值。    fmt.Printf("3. byVal -- q %T: &q=%p q=&i=%p  *q=i=%vn", q, &q, q, *q)    // 通过指针 q 修改其指向的数据    *q = 4143    fmt.Printf("4. byVal -- q %T: &q=%p q=&i=%p  *q=i=%vn", q, &q, q, *q)    // 尝试将 q 设置为 nil。这只会影响 byVal 函数内部的 q 变量,    // 因为 q 只是原始指针 p 的一个副本。    q = nil}func main() {    // 1. main 函数开始    // i 是一个 int 变量,其值为 42。    // &i 是 i 这个变量的内存地址。    i := int(42)    fmt.Printf("1. main  -- i  %T: &i=%p i=%vn", i, &i, i)    // 2. p 是一个指向 i 的指针。    // p 存储的值是 i 的内存地址 (&i)。    // &p 是 p 这个指针变量自身的内存地址。    p := &i    fmt.Printf("2. main  -- p %T: &p=%p p=&i=%p  *p=i=%vn", p, &p, p, *p)    // 调用 byVal 函数,将 p 的值(即 &i)传递给它。    byVal(p)    // 5. byVal 函数返回后    // p 变量本身的地址 (&p) 没有改变。    // p 存储的值(&i)也没有改变。    // 但通过 byVal 函数内部的 q 指针修改了 *q,因此原始的 i 的值也随之改变。    fmt.Printf("5. main  -- p %T: &p=%p p=&i=%p  *p=i=%vn", p, &p, p, *p)    // 6. 再次查看 i 的值。    fmt.Printf("6. main  -- i  %T: &i=%p i=%vn", i, &i, i)}

运行上述代码,您会得到类似如下的输出(内存地址可能不同):

1. main  -- i  int: &i=0xf840000040 i=422. main  -- p *int: &p=0xf8400000f0 p=&i=0xf840000040  *p=i=423. byVal -- q *int: &q=0xf8400000d8 q=&i=0xf840000040  *q=i=424. byVal -- q *int: &q=0xf8400000d8 q=&i=0xf840000040  *q=i=41435. main  -- p *int: &p=0xf8400000f0 p=&i=0xf840000040  *p=i=41436. main  -- i  int: &i=0xf840000040 i=4143

输出分析:

1. main — i: 变量 i 的地址是 0xf840000040,值为 42。2. main — p: 指针变量 p 自身的地址是 0xf8400000f0。它存储的值是 0xf840000040,这正是 i 的地址,所以 *p 的值是 42。3. byVal — q: 当 byVal(p) 被调用时,p 的值(即 0xf840000040)被复制给 byVal 函数的参数 q。此时,q 这个变量自身的地址是 0xf8400000d8,它与 p 的地址 0xf8400000f0 不同。然而,q 所存储的值(即它指向的地址)仍是 0xf840000040,与 p 所存储的值相同。这意味着 p 和 q 虽然是两个不同的指针变量,但它们都指向同一个 int 变量 i。4. byVal — q: 在 byVal 函数内部,*q = 4143 操作通过 q 指针修改了它所指向的内存地址 0xf840000040 上的值,使其变为 4143。5. main — p: byVal 函数返回后,main 函数中的 p 变量依然存在于其原始地址 0xf8400000f0,并仍然指向 0xf840000040。由于 0xf840000040 上的值已被修改,所以此时 *p 的值是 4143。6. main — i: 最终,原始变量 i 的值也变成了 4143,这证实了通过函数内部复制的指针成功修改了外部变量。

值得注意的是,如果在 byVal 函数中执行 q = nil,这只会将 byVal 函数内部的局部变量 q 设置为 nil,而不会影响 main 函数中的 p 变量,因为它们是两个独立的变量。

解决原始疑问:Goroutine 中的指针行为

回到最初的疑问:为什么在 main 函数和 gotest goroutine 中打印同一个结构体指针 s 的地址 (&s) 会得到不同的值,但对 s 所指内容的修改却能生效?

// 原始问题中的简化示例package mainimport "runtime"type Something struct {    number int    queue  chan int}func gotest(s *Something, done chan bool) {    println("from gotest:")    println(&s) // 打印的是 gotest 函数中 s 变量自身的内存地址    for num := range s.queue {        println(num)        s.number = num // 修改的是 s 指向的 Something 结构体的内容    }    done <- true}func main() {    runtime.GOMAXPROCS(4)    s := new(Something) // s 是一个 *Something 类型的指针变量    println(&s)         // 打印的是 main 函数中 s 变量自身的内存地址    s.queue = make(chan int)    done := make(chan bool)    go gotest(s, done) // 将 main.s 的值(即 Something 结构体的地址)复制给 gotest.s    s.queue <- 42    close(s.queue)    <-done    println(&s) // 再次打印 main 函数中 s 变量自身的内存地址    println(s.number)}

输出:

0x4930d4  // main 函数中 s 变量自身的地址from gotest:0x4974d8  // gotest 函数中 s 变量自身的地址420x4930d4  // main 函数中 s 变量自身的地址 (未变)42        // s.number 被成功修改

这里的关键在于区分 &s 和 s 的含义:

&s:表示变量 s 自身在内存中的地址。由于 main 函数中的 s 和 gotest 函数中的 s 是两个不同的变量(尽管它们同名且类型相同),它们各自在栈上拥有独立的内存空间,因此它们的地址 (&s) 自然不同。s:表示变量 s 存储的值,对于指针类型,这个值就是它所指向的底层数据的内存地址。当 main.s 作为参数传递给 gotest 时,gotest.s 接收的是 main.s 所存储的那个地址值的一个副本。因此,main.s 和 gotest.s 指向的是同一块内存区域(即同一个 Something 结构体实例)。

正是因为 main.s 和 gotest.s 指向同一块 Something 结构体,所以在 gotest 中通过 s.number = num 修改 *s 的内容,在 main 函数中通过 s.number 也能看到这些改变。这完美地体现了 Go 语言“按值传递”指针的特性:指针变量本身被复制,但它们都指向同一份底层数据。

最佳实践与注意事项

为了避免混淆,在 Go 语言中处理指针和内存地址时,建议遵循以下实践:

明确区分:

&variable: 获取 variable 本身的内存地址。pointer_variable: 指针变量存储的值,即它所指向的内存地址。*pointer_variable: 指针变量所指向的内存地址上的值

使用 fmt 包进行打印:fmt.Printf 提供了更强大和清晰的格式化输出能力。

打印指针变量的值(它指向的地址):fmt.Printf(“%p”, ptrVar)打印变量本身的地址:fmt.Printf(“%p”, &varName)打印结构体或复杂类型的值:fmt.Printf(“%v”, structVar) 或 fmt.Printf(“%+v”, structVar) (包含字段名)

例如,对于上述 Something 结构体,你可以这样打印:

// 在 main 或 gotest 中fmt.Printf("s 变量自身的地址: %pn", &s)fmt.Printf("s 指向的 Something 结构体的地址: %pn", s)fmt.Printf("s 指向的 Something 结构体内容: %+vn", *s)

理解引用类型: 尽管 slice, map, channel 等是引用类型,但它们作为函数参数时,其头部或描述符仍然是按值传递的。这意味着你可以在函数内部修改 slice 的元素,或者向 map/channel 中添加/发送数据,因为这些操作都是通过其内部指向底层数据的指针完成的。但如果你尝试在函数内部重新分配一个全新的 slice 或 map(例如 s = make([]int, 0)),这只会影响函数内部的副本,而不会影响原始变量。

总结

Go 语言严格遵循按值传递的原则。当一个指针作为函数参数传递时,实际传递的是该指针变量存储的内存地址值的一个副本。这意味着:

函数内部的指针变量与外部的原始指针变量是两个独立的内存实体,它们的内存地址(&ptr)不同。然而,它们都存储着相同的内存地址值(ptr),因此它们都指向同一块底层数据。通过函数内部复制的指针修改底层数据,会影响到原始数据,因为它们共享同一份数据。在函数内部对指针变量本身进行赋值操作(如 ptr = nil 或 ptr = &anotherVar)只会影响函数内部的副本,不会影响外部的原始指针。

清晰地理解这些概念是编写高效、正确 Go 程序的基石,尤其是在处理并发和共享数据时。

以上就是深入理解Go语言函数参数传递:值、指针与内存地址的详细内容,更多请关注创想鸟其它相关文章!

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