在 Go 中使用指针有什么意义？

Question

我知道 Go 中的指针允许改变函数的参数，但如果它们只采用引用（使用适当的 const 或 mutable 限定符），那岂不是更简单。现在我们有了指针和一些内置类型，如地图和通道，隐式通过引用传递。

我是否遗漏了什么，或者 Go 中的指针只是一个不必要的复杂问题？

Answer 1

我不会在“Go”的上下文中回答这个问题，而是在任何实现“指针”概念的语言（例如 C、C++、Go）的上下文中回答这个问题；同样的推理也可以应用于“Go”。

内存分配通常有两个内存部分：堆内存和堆栈内存（我们不要包括“全局部分/内存”，因为它会脱离上下文）。

堆内存：这是大多数语言所使用的：Java、C#、Python……但它带有一个称为“垃圾收集”的惩罚，这会直接影响性能.

堆栈内存：变量可以在 C、C++、Go、Java 等语言的堆栈内存中分配。栈内存不需要垃圾回收；因此它是堆内存的一种高性能替代方案。

但是有一个问题：当我们在堆内存中分配一个对象时，我们会得到一个“引用”，它可以传递给“多个方法/函数”，它是通过引用, “多个方法/函数”可以直接读取/更新同一个对象（分配在堆内存中）。可悲的是，堆栈内存并非如此。正如我们所知，每当将堆栈变量传递给方法/函数时，只要您有“指针的概念”（如 C、C++、Go 的情况），它就会“按值传递”（例如 Java）。

这里是指针出现的地方。指针让“多个方法/函数”读取/更新放置在堆栈内存中的数据。

简而言之，“指针”允许使用“堆栈内存”而不是堆内存，以便通过“处理变量/结构/对象>多种方法/功能”;因此，避免了垃圾回收机制造成的性能损失。

Answer 2

指针之所以有用有几个原因。指针允许控制内存布局（影响 CPU 缓存的效率）。在 Go 中，我们可以定义一个所有成员都在连续内存中的结构：

type Point struct {
  x, y int
}

type LineSegment struct {
  source, destination Point
}

在这种情况下，Point 结构嵌入在LineSegment 结构中。但是你不能总是直接嵌入数据。如果要支持二叉树或链表等结构，则需要支持某种指针。

type TreeNode {
  value int
  left  *TreeNode
  right *TreeNode
}

Java、Python 等没有这个问题，因为它不允许你嵌入复合类型，所以不需要在语法上区分嵌入和指向。

使用 Go 指针解决的 Swift/C# 结构问题

实现相同目的的一种可能替代方法是像 C# 和 Swift 那样区分 struct 和 class。但这确实有局限性。虽然您通常可以指定函数将结构作为inout 参数以避免复制结构，但它不允许您存储对结构的引用（指针）。这意味着当您发现它有用时，您永远不能将结构视为引用类型，例如创建一个池分配器（见下文）。

自定义内存分配器

您还可以使用指针创建自己的池分配器（这非常简化，删除了许多检查以显示原理）：

type TreeNode {
  value int
  left  *TreeNode
  right *TreeNode

  nextFreeNode *TreeNode; // For memory allocation
}

var pool [1024]TreeNode
var firstFreeNode *TreeNode = &pool[0] 

func poolAlloc() *TreeNode {
    node := firstFreeNode
    firstFreeNode  = firstFreeNode.nextFreeNode
    return node
}

func freeNode(node *TreeNode) {
    node.nextFreeNode = firstFreeNode
    firstFreeNode = node
}

交换两个值

指针还允许您实现swap。那就是交换两个变量的值：

func swap(a *int, b *int) {
   temp := *a
   *a = *b
   *b = temp
}

结论

Java 一直无法在 Google 等地方完全取代 C++ 进行系统编程，部分原因是由于缺乏控制内存布局和使用的能力（缓存未命中会影响性能），因此无法将性能调整到相同的范围显着地）。 Go 的目标是在许多领域取代 C++，因此需要支持指针。

Answer 3

我真的很喜欢来自http://www.golang-book.com/8的例子

func zero(x int) {
    x = 0
}
func main() {
    x := 5
    zero(x)
    fmt.Println(x) // x is still 5
}

对比

func zero(xPtr *int) {
    *xPtr = 0
}
func main() {
    x := 5
    zero(&x)
    fmt.Println(x) // x is 0
}

Answer 4

Go 被设计成一种简洁、极简的语言。因此，它仅从值和指针开始。后来，根据需要，添加了一些引用类型（切片、地图和通道）。

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The Go Programming Language : Language Design FAQ : Why are maps, slices, and channels references while arrays are values?

“关于这个话题有很多历史。早期，地图和通道在语法上是指针，不可能声明或使用非指针实例。此外，我们在数组应该如何工作方面苦苦挣扎。最终我们决定指针和值的严格分离使得语言更难使用。引入引用类型，包括切片来处理数组的引用形式，解决了这些问题。引用类型给语言增加了一些令人遗憾的复杂性，但它们对可用性有很大影响：引入 Go 后，Go 成为一种更高效、更舒适的语言。”

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快速编译是 Go 编程语言的主要设计目标；这是有代价的。损失之一似乎是将变量（基本编译时常量除外）和参数标记为不可变的能力。有人要求，但被拒绝了。

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golang-nuts : go language. Some feedback and doubts.

“将 const 添加到类型系统会强制它出现在任何地方，并且 如果有什么变化，它会强迫人们在任何地方移除它。在那里时 以某种方式标记对象不可变可能有一些好处，我们不 认为 const 类型限定符是可行的。”

Answer 5

引用不能被重新分配，而指针可以。仅这一点就使得指针在许多无法使用引用的情况下很有用。