Golang指针与nil浅析
曾经听说过一句话，编程的本质就是指针和递归。那会刚开始编码，只是这两个的概念有个感性粗浅的认识。最早接触指针，莫过于C语言了，能否理解用好指针也成为一个合格C语言的基本标志。
Golang也提供了指针，但是go不能进行指针运算，因此相对于C也少了很多复杂度。私以为，go之所以提供指针，并不是为了让你更多和内存打交道，而是提供操作数据的基本桥梁。因为go很多调用，往往复制一份对象，例如函数的参数，如果没有指针，有些情况不得不存在很多副本。
内存和变量
编程语言中一般都会有变量。变量存储一些值。通常我们会对变量声明，赋值，和销毁等操作。
想象一下，内存好比一个长长的桌子，桌子有很多连续的抽屉（内存块）。我们可以按照顺序给每一个抽屉从0开始编号（内存地址），这个编号就是抽屉的地址。当我们需要使用抽屉存放东西的时候，就通过编号找到对应的抽屉，放好东西。这个东西就是我们存的数据。
addr 1 2 3 4 5
+----------+---------+---------+---------+---------+
| | | | | |
| | | | | |
| a book | none | none | none | a pen |
| | | | | |
| | | | | |
+----------+---------+---------+---------+---------+通过编号找东西固然不错，可是有时候我们想直观的知道抽屉里放了什么内容，就给抽屉外面贴上（声明）一个标签（变量名），比如编号5的抽屉式水果，编号7的抽屉式书啦。下次要找书，就直接找到贴有书标签的抽屉即可。
addr 1 2 3 4 5
+----------+---------+---------+---------+---------+
| | | | | |
| | | | | |
| a book | none | none | none | a pen |
| | | | | |
| | | | | |
+----------+---------+---------+---------+---------+
tag book pen内存，内存地址，内存存储的数据，变量名，这些概念几乎是计算机通过编程语言执行程序的基本套路。只不过高级语言往往帮我们隐藏了内存地址和变量名的映射。像C这样的可以声明一个变量，然后赋值，而像Python，声明和赋值甚至可以写成一起。
指针
了解了内存地址和变量的关系，我们再看看指针。可以把指针看成是一种“类型”，这种类型的值是一个内存地址。例如有一个编号3抽屉，里面存放了一个指针，而这个指针的值是一个编号5，通过操作指针，我们可以直接操作编号5的内存数据。
addr 1 2 3 4 5
+----------+---------+---------+---------+---------+
| | | | | |
| | | | | |
| a book | none | 5 --> | none | a pen |
| | | | | |
| | | | | |
+----------+---------+---------+---------+---------+
tag book pointer pen记住，指针的是内存地址，但是指针本身也是有内存地址的。正如指向别的抽屉，也有一个抽屉来存储它自己。
golang指针的地址和值
高级语言提供完美声明变量和值之间的绑定关系。帮我们隐藏了变量内存地址。想要获取内存地址，需要在变量前加上一个符号&，&即为取址符。例如变量a的内存地址为&a。
对于一个指针，它的值是一个别处的地址，想要获取这个地址的值，可以使用*符号。*即为取值符。例如上面的&a是一个地址，那么这个地址里存储的值为*&a。
由此可见，&和*是是一对相爱相杀的兄弟，他们做着相反的事情。
初学指针的同学，往往混淆指针的值和指针地址的差别，指针的值是一个地址，是别的内存地址，指针的地址则是存储指针内存块的地址。例如你家里装着公司的钥匙，这个钥匙可以打开公司的大门，而你家的大门需要你自己的钥匙。
零值与nil
talk is cheaper，下面来看看golang中的指针相关操作
package main
import "fmt"
func main() {
// 声明一个变量 aVar 类型为 string
var aVar string
fmt.Printf("aVar: %p %#v\n", &aVar, aVar) // 输出 aVar: 0xc42000e240 ""
}我们声明了一个字串类似的变量，尚未赋值，go就会自动赋予一个零值。字符的零值就是空子串。同时通过&符号读取了变量的内存地址。
fmt.Printf 函数可以通过格式化字串打印出变量，
p表示可以打印指针，v可以打印变量的值，#v可以打印变量的结构。
上面的过程可以用下面的简图来表示：
addr 0xc42000e240
+---------+
| |
| "" |
| |
| |
+---------+
aVar下面再声明一个指针变量，使用*符号声明一个指针变量。
// 声明一个指针变量 aPot 其类型也是 string
var aPot *string
fmt.Printf("aPot: %p %#v\n", &aPot, aPot) // 输出 aPot: 0xc42000c030 (*string)(nil)指针变量的零值不是空子串，而是nil。aPot的值是指针类型，由于尚未该指针尚未指向另外一个地址。因此初始化为nil。
这个过程可以用下面的图表示：
addr 0xc42000c030
+---------+
| |
| |
| nil |
| |
+---------+
aPot正常的变量初始化之后，可以使用=赋值：
func main() {
// 声明一个变量 aVar 类型为 string
var aVar string
fmt.Printf("aVar: %p %#v\n", &aVar, aVar) // 输出 aVar: 0xc42000e240 ""
aVar = "This is a aVar"
fmt.Printf("aVar: %p %#v\n", &aVar, aVar) // 输出 aVar: 0xc42000e240 "This is a aVar"
}普通变量赋值十分简单，无非就是抽屉换一个值啦。
addr 0xc42000e240
+---------+
| This is |
| |
| a aVar |
| |
+---------+
aVar可是如果一个值为nil的指针变量，直接赋值会出问题。
func main(){
// 声明一个指针变量 aPot 其类型也是 string
var aPot *string
fmt.Printf("aPot: %p %#v\n", &aPot, aPot) // 输出 aPot: 0xc42000c030 (*string)(nil)
*aPot = "This is a Pointer" // 报错： panic: runtime error: invalid memory address or nil pointer dereference
}出错也很正常，*aPot = "This is a Pointer"的含义可以理解为，将aPot的指针地址的值赋予"This is a Pointer"。可是aPot的值是nil，但还没有赋值成地址，因此不能把一个子串赋值给一个nil值。此外，即使不是赋值，对nil的指针通过*读取也会报错，毕竟读取不到任何地址。
解决问题方式就是初始化一个内存，并把该内存地址赋予指针变量。
// 声明一个指针变量 aPot 其类型也是 string
var aPot *string
fmt.Printf("aPot: %p %#v\n", &aPot, aPot) // 输出 aPot: 0xc42000c030 (*string)(nil)
aPot = &aVar
*aPot = "This is a Pointer"
fmt.Printf("aVar: %p %#v \n", &aVar, aVar) // 输出 aVar: 0xc42000e240 "This is a Pointer"
fmt.Printf("aPot: %p %#v %#v \n", &aPot, aPot, *aPot) // 输出 aPot: 0xc42000c030 (*string)(0xc42000e240) "This is a Pointer"我们把aVar的内存地址赋值给aPot，也可以看到aPot的值也就是aVar的地址，同时也可以通过*读取aPot指针地址所指向的值，即aVar的值。
addr 0xc42000c030 0xc42000c240
+---------------+ +----------+
| | | |
| 0oxc42000x240 |+-----> | This is |
| | | |
| | | a aVar |
+---------------+ +----------+
aPot aVarnew 关键字
通过已经存在的aVar，我们可以给aPot指针赋值。可以如果没有已存在都变量，go提供了new来初始化一个地址。
var aNewPot *int
aNewPot = new(int)
*aNewPot = 217
fmt.Printf("aNewPot: %p %#v %#v \n", &aNewPot, aNewPot, *aNewPot) // 输出 aNewPot: 0xc42007a028 (*int)(0xc42006e1f0) 217new 可以开辟一个内存，然后返回这个内存的地址。因为int指针是简单类型，因此new(int)的操作，除了可以开辟一个内存，还能为这个内存初始化零值，即0。
new 不仅可以为简单类型开辟内存，也可以为复合引用类型开辟，不过后者初始化的零值还是nil，如果需要赋值，还会有别的问题，下面我们再讨论。
复合类型与nil
int，string等是基础类型，array则是基于这些基础类型的复合类型。复合类型的指针初始化也需要注意：
var arr [5]int
fmt.Printf("arr: %p %#v \n", &arr, arr) // arr: 0xc420014180 [5]int{0, 0, 0, 0, 0}
arr[0], arr[1] = 1, 2
fmt.Printf("arr: %p %#v \n", &arr, arr) // arr: 0xc420014180 [5]int{1, 2, 0, 0, 0}声明一个大小为5的数组，go会自动为数组的item初始化为零值，数组可以通过索引读取和赋值。
如果声明的是一个数组指针，即一个指针的类型是数组，这个指针如何初始化和赋值呢？
var arrPot *[5]int
fmt.Printf("arrPot: %p %#v \n", &arrPot, arrPot) // arrPot: 0xc42000c040 (*[5]int)(nil)从输出可以看到，arrPot初始化的值是nil。我们已经了解，nil的值是不能直接赋值的，因此(*arrPot)[0] = 11直接赋值会抛错。
new 关键之函数
既然如此，我们可以使用new创建一块内存，并把内存地址给arrPot指针变量。然后赋值就正常啦。
var arrPot *[5]int
fmt.Printf("arrPot: %p %#v \n", &arrPot, arrPot) // arrPot: 0xc42000c040 (*[5]int)(nil)
arrPot = new([5]int)
fmt.Printf("arrPot: %p %#v \n", &arrPot, arrPot) // arrPot: 0xc42000c040 &[5]int{0, 0, 0, 0, 0}
(*arrPot)[0] = 11
fmt.Printf("arrPot: %p %#v \n", &arrPot, arrPot) // arrPot: 0xc42000c040 &[5]int{11, 0, 0, 0, 0}上面的内存图如下：
addr 0xc42000c040
+------------------+ 0xc42000c099 (new创建的内存)
| | +------+------+------+------+------+
| | | | | | | |
| 0xc42000c099 +-----> | 11 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| | | | | | | |
| | +------+------+------+------+------+
+------------------+
arrPot引用类型与nil
Go的array是虽然是复合类型，但不是引用类型。go中的引用类似是slice，map等。下面我们就看看map类型如何初始化已经对nil的处理。
var aMap map[string]string
fmt.Printf("aMap: %p %#v \n", &aMap, aMap) // aMap: 0xc42000c048 map[string]string(nil)声明一个map类型的变量，map不像array那样声明之后可以初始化成零值。go会给引用类型初始化为nil，nil是不能直接赋值的。并且，map和数组指针还不一样，不能使用new开辟一个内存，然后再赋值。aMap本身就是值类型，声明就已经初始化内存了，只不过其值是nil而已，我们不能修改地址。&aMap = new(map[string]string)这样的操作会报错。
make 关键字
既然无法使用new，那么go提供了另外一个函数make。make不仅可以开辟一个内存，还能给这个内存的类型初始化其零值，同时返回这个内存实例。
aMap = make(map[string]string)
aMap["name"] = "Golang"
fmt.Printf("aMap: %p %#v \n", &aMap, aMap) // aMap: 0xc420078038 map[string]string{"name":"Golang"}new 和 make
New和make都是golang用来初始化变量的内存的关键字函数。new返回的是内存的地址，make则返回时类型的示例。比如new一个数组，则返回一个数组的内存地址，make一个数组，则返回一个初始化的数组。
经过上面的case，相信再面对map类型的指针，也一样可以通过new和make配合完成初始化工作。
var mapPot *map[string]int
fmt.Printf("mapPot: %p %#v \n", &mapPot, mapPot) // mapPot: 0xc42000c050 (*map[string]int)(nil)
// 初始化map指针的地址
mapPot = new(map[string]int)
fmt.Printf("mapPot: %p %#v \n", &mapPot, mapPot) // mapPot: 0xc42000c050 &map[string]int(nil)
//(*mapPot)["age"] = 21 // 报错
// 初始化map指针指向的map
(*mapPot) = make(map[string]int)
(*mapPot)["age"] = 21
fmt.Printf("mapPot: %p %#v \n", &mapPot, mapPot) // mapPot: 0xc42000c050 &map[string]int{"age":21}上面的代码声明了一个指针变量mapPot，这个指针变量的类型是一个map。通过new给指针变量开辟了一个内存，并赋予其内存地址。
Map是引用类型，其零值为nil，因此使用make初始化map，然后变量就能使用*给指针变量mapPot赋值了。
Make除了可以初始化map，还可以初始化slice和channel，以及基于这三种类型的自定义类型。
type User map[string]string
var user User
fmt.Printf("user: %p %#v \n", &user, user) // user: 0xc42000c060 main.User(nil)
user = make(User)
user["name"] = "Golang"
fmt.Printf("user: %p %#v \n", &user, user) // user: 0xc42007a050 main.User{"name":"Golang"}
var userPot *User
fmt.Printf("userPot: %p %#v \n", &userPot, userPot) // userPot: 0xc42000c068 (*main.User)(nil)
userPot = new(User)
fmt.Printf("userPot: %p %#v \n", &userPot, userPot) // userPot: 0xc42000c068 &main.User(nil)
(*userPot) = make(User)
fmt.Printf("userPot: %p %#v \n", &userPot, userPot) // userPot: 0xc42000c068 &main.User{}
(*userPot)["name"] = "Golang"
fmt.Printf("userPot: %p %#v \n", &userPot, userPot) // userPot: 0xc42000c068 &main.User{"name":"Golang"}可见，再复杂的类型，只要弄清楚了指针与nil的关系，配合new和make就能轻松的给golang的数据类型进行初始化。
方法中的指针
Go可以让我自定义类型，而类型又可以创建方法。与OOP类似，方法接受一个类型的实例对象，称之为接受者，接受者既可以是类型的实例变量，也可以是类型的实例指针变量。
func main(){
person := Person{"vanyar", 21}
fmt.Printf("person<%s:%d>\n", person.name, person.age)
person.sayHi()
person.ModifyAge(210)
person.sayHi()
}
type Person struct {
name string
age int
}
func (p Person) sayHi() {
fmt.Printf("SayHi -- This is %s, my age is %d\n",p.name, p.age)
}
func (p Person) ModifyAge(age int) {
fmt.Printf("ModifyAge")
p.age = age
}输出如下：
person<vanyar:21> SayHi -- This is vanyar, my age is 21 ModifyAgeSayHi -- This is vanyar, my age is 21
尽管 ModifyAge 方法修改了其age字段，可是方法里的p是person变量的一个副本，修改的只是副本的值。下一次调用sayHi方法的时候，还是person的副本，因此修改方法并不会生效。
也许有人会想，方法会拷贝实例变量，如果实例变量是一个指针，不就轻而易举的修改了么？
personPot := &Person{"noldor", 27}
fmt.Printf("personPot<%s:%d>\n", personPot.name, personPot.age)
personPot.sayHi()
personPot.ModifyAge(270)
personPot.sayHi()输出如下：
personPot<noldor:27> SayHi -- This is noldor, my age is 27 ModifyAgeSayHi -- This is noldor, my age is 27
可见并没有效果，实际上，go的确实copy里personPot，只不过会根据接受者是值还是指针类型做一个自动转换，然后再拷贝转换后的对象。即personPot.ModifyAge(270)实际上等同于(*personPot).ModifyAge(270)，也就是拷贝的是(*personPot)。与personPot本身是值还是指针没有关系。
真正能修改对象的方式是设置指针类型的接受者。指针类型的接受者，如果实例对象是值，那么go会转换成指针，然后再拷贝，如果本身就是指针对象，那么就直接拷贝指针实例。因为指针都指向一处值，自然就能修改对象了。代码如下：
func (p *Person) ChangeAge(age int) {
fmt.Printf("ModifyAge")
p.age = age
}Go会根据Person的示例类型，转换成指针类型再拷贝，即 person.ChangeAge会变成 (&person).ChangeAge。
总结
Golang是一门简洁的语言，提供了指针用于操作数据内存，并通过引用来修改变量。
只声明未赋值的变量，golang都会自动为其初始化为零值，基础数据类型的零值比较简单，引用类型和指针的零值都为nil，nil类型不能直接赋值，因此需要通过new开辟一个内存，或者通过make初始化数据类型，或者两者配合，然后才能赋值。
指针也是一种类型，不同于一般类似，指针的值是地址，这个地址指向其他的内存，通过指针可以读取其所指向的地址所存储的值。
函数方法的接受者，也可以是指针变量。无论普通接受者还是指针接受者都会被拷贝传入方法中，不同在于拷贝的指针，其指向的地方都一样，只是其自身的地址不一样。
文字输出的内存地址因编译环境和运行有所不同。参考代码gist