Go 指针详解：定义、初始化、nil 语义与用例（含 swap 示例与原理分析）

引言

指针在 Go 中并不复杂，但想把它用好、用稳，需要弄清楚几个核心概念：Go 是按值传递 、指针保存变量地址 、new 与 make 的差别 、以及 nil 在不同类型上的行为差异。本文把这些知识点串联起来，边写代码边解释原理与工程实践建议。

指针的定义与基本使用

在 Go 中，指针类型写做 *T，表示指向 T 类型值的地址。指针可用于获取或修改其它变量的值而不进行拷贝。

var p *int // p 是 *int 类型，默认零值为 nil

取地址（得到指针）用 &，解引用（访问指针指向的值）用 *。

x := 42
p := &x   // p 指向 x 的地址，类型 *int
fmt.Println(*p) // 输出 42，解引用得到 x 的值
*p = 100        // 通过指针修改 x
fmt.Println(x)  // 输出 100

注意：*p 是解引用表达式，不是类型声明。

为什么用指针（示例：修改结构体字段）

Go 的函数参数是 按值传递（pass-by-value）。把结构体作为参数传递时，会拷贝整个结构体。如果要在函数内部修改调用者的字段，必须传入指针。

示例：按值传递不能改变调用者的字段

package main

import "fmt"

type Person struct {
	name string
}

func changeName(p Person) {
	p.name = "go"
}

func main() {
	p := Person{name: "java"}
	changeName(p)
	fmt.Println(p.name) // 仍然 "java"
}

changeName 收到的是 p 的拷贝，修改只是改了拷贝。

改成 传指针，可以直接修改原始对象：

package main

import "fmt"

type Person struct {
	name string
}

func changeName(p *Person) {
	p.name = "go"
}

func main() {
	p := Person{name: "java"}
	changeName(&p)      // 传入 p 的地址
	fmt.Println(p.name) // 输出 "go"
}

为什么可以？

传递 &p（*Person）到 changeName 后，函数里 p.name 实际编译器会把 p.name 视为 (*p).name，这是对调用者内存的直接修改（没有拷贝整个结构体）。

指针的初始化：new、& 与零值（nil）

指针要使用之前必须"有东西指向"，否则 nil 解引用会导致运行时 panic。

几种常见的创建指针方式：

1) 使用 & 对已声明变量取地址

x := 0
p := &x // p 非 nil，指向 x

2. 使用 new(T) 创建并返回 *T

p := new(int) // p 是 *int，指向一个被零值初始化的 int（值为 0）
*p = 5

new 的作用是：分配一块内存、把它置为类型零值，并返回指向它的指针。new 返回的是 *T，而非 T。

3) 使用复合字面量取地址（常用）

p := &Person{name: "gopher"} // 推荐：直接得到 *Person

4) 零值指针（nil）

如果你声明 var p *int，此时 p == nil，解引用 *p 会 panic：

var p *int
fmt.Println(p == nil) // true
// fmt.Println(*p) // panic: runtime error: invalid memory address or nil pointer dereference

结论：指针必须初始化（指向真实内存）后才能解引用。

new 与 make 的差异（非常重要）

很容易混淆 new 和 make。概念上：

• new(T)：分配并返回 *T，主要用于任何类型 T，返回指向 T 的指针，内存已清零（零值）。
• make(T, args...)：只用于内建引用类型：slice, map, chan。返回的是初始化后的 T（不是 *T），例如 make([]int, 0) 返回 []int。

示例对比：

p := new(int)    // p 的类型 *int，*p == 0
s := make([]int, 0) // s 是 []int，已初始化，可用 append
m := make(map[string]int) // m 是 map[string]int，已初始化
c := make(chan int) // c 是 chan int，已初始化

为什么 make 需要单独存在？因为切片、映射、通道都是"内建的复杂数据结构"，需要初始化内部结构（比如 slice 的 header、map 的哈希表、channel 的队列）才能使用。new 只是分配零值内存，不会为这些引用类型构建内部数据结构。

nil 的细节（指针 / slice / map / chan / interface）

不同类型的零值 nil 行为不同，理解这些差异很关键。

指针 (*T)

• 默认值是 nil，解引用 nil 会 panic。

切片 ([]T)

• 零值是 nil 切片：var s []int -> s == nil、len(s) == 0、cap(s) == 0。
• 你可以对 nil 切片 append，这是安全的（append 会自动分配底层数组）。
• 但是不能索引 s[0]（会 panic）。

var s []int
s = append(s, 1) // OK even if s is nil

映射 (map[K]V)

• 零值为 nil map：var m map[string]int
• 对 nil map 做读取（m["a"]）返回零值，不会 panic
• 对 nil map 做写入（m["a"] = 1）会 panic ------ 写之前必须用 make 初始化

var m map[string]int
fmt.Println(m["x"]) // 0
m["x"] = 1          // panic: assignment to entry in nil map

通道 (chan T)

• 零值 nil chan：读或写会阻塞（如果没有超时/选择器），向 nil 通道发送或接收会导致永久阻塞（除非在 select 中），close(nil) 会 panic。

接口 (interface{})

• 接口的零值是 nil。但有一个常见的陷阱：带有类型信息但值为 nil 的接口 != nil 。

  例如，一个 var p *int = nil，把它赋给 var i interface{} = p，此时 i != nil，因为接口内部记录了动态类型 *int 和动态值 nil。这个差异会导致 if i == nil 检查失效（常见 panic 源）。

var p *int = nil
var i interface{} = p
fmt.Println(i == nil) // false  (interface holds (*int, nil))

swap 示例：用指针交换变量的值并逐行解析

把两个整数交换，如果按值传递，交换仅限于函数内部拷贝；用指针可以交换实际变量。

package main

import "fmt"

func swap(a, b *int) {
    t := *a   // 取 a 指针指向的值到 t
    *a = *b   // 把 b 指向的值写到 a 指向的地址
    *b = t    // 把 t 写回 b 指向的地址
}

func main() {
    a, b := 1, 2
    swap(&a, &b) // 传入 a, b 的地址
    fmt.Println(a, b) // 输出: 2 1
}

逐行解释：

• swap(&a, &b)：传入的是 a 和 b 的地址（类型 *int），函数参数 a、b 本身是指针（传值拷贝指针，即拷贝地址，但地址仍然指向原变量）。
• t := *a：解引用 a（取 a 指向的值），保存为临时 t。
• *a = *b：把 b 指向的值写入 a 指向的位置，直接改变主函数变量 a 的值。
• *b = t：把临时值写回 b 指向的位置，完成交换。

注意：传递的是指针的复制（函数内的 a 与 b 是指针拷贝），但它们都指向调用者的内存，所以对 *a / *b 的修改反映到调用者变量上。

逃逸分析 & 指向局部变量的指针（&local 安全性）

你可能会问：函数内的局部变量的地址传给外部会不会不安全？Go 的实现通过逃逸分析解决：

• 编译器会判断某个变量是否会逃逸到函数外（比如取其地址并返回或存入堆上可访问的结构）。

• 如果变量逃逸，编译器将该变量分配到堆上；否则分配到栈上以提高效率。

示例：

func f() *int {
    x := 100
    return &x // x 逃逸到堆上
}

f() 返回的指针是安全的，x 会被分配到堆上。你可以在编译时用 go build -gcflags '-m' 查看逃逸分析结果。

因此 &p 在 main 中传给函数是安全的；即使你把 &pLocal 返回或保存，编译器会自动把该局部变量放到堆上。

指针的工程建议与常见坑

建议

• 首选值语义 ：如果类型很小（例如 int、小结构体），优先用值传递，避免过早使用指针。

• 对大对象使用指针以免复制开销：结构体较大（几百字节）或包含互斥锁等不能拷贝的字段，应使用指针接收者或指针参数。

• 方法接收者一致性：对于一个类型，尽量保持方法接收者要么全部为值，要么全部为指针，混用会困惑（尤其涉及接口实现）。

• 在并发场景慎用可变共享指针 ：多 goroutine 同时访问同一内存时必须同步（sync.Mutex, atomic）。

• make map 之后再写入：不要对 nil map 写入。

• 使用 &T{} 或 new(T) 初始化指针 ：语义清晰。&T{} 更常用于自定义结构体初始化。

常见坑

• 把 range 中的迭代变量地址存入切片/闭包会被复用（经典问题）：

nums := []int{1,2,3}
ptrs := []*int{}
for _, v := range nums {
    ptrs = append(ptrs, &v) // 错误：&v 每次相同地址
}

正确写法：

for i := range nums {
    ptrs = append(ptrs, &nums[i])
}

接口持有 类型为指针但值为 nil 导致 if iface == nil 判断失败（参见上文 nil 细节）。

总结

• Go 的指针语义简单：*T 指向类型 T，& 取地址，* 解引用。
• Go 按值传递（函数参数会被拷贝），传入指针可以让函数直接修改原值或避免大对象拷贝。
• new(T) 分配零值并返回 *T，make 为 slice/map/chan 初始化内部数据结构并返回该类型（不是指针）。
• nil 在不同类型上有不同行为：nil 切片能 append，nil map 写入会 panic，nil chan 在操作上会阻塞。接口的 nil 判断要注意"类型为 nil vs 接口为 nil"的区别。
• swap(&a, &b) 演示了通过指针交换外部变量的值：函数内修改 *a/*b 会影响调用者。
• 了解逃逸分析可以解释 &local 为何安全：编译器会把需要逃逸的局部变量放到堆上。