初识 CGO - 利用 CGO 使用 C++ STL

LinkinStar

发布于 2022-09-01 14:47:19

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发布于 2022-09-01 14:47:19

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之前我也了解过 CGO 相关的知识，但是当时给我的印象全部都是 “CGO 性能差” “完全没有必要，实际根本用不到”，但是这次听了大佬的一些分享发现 CGO 其实就是黑科技啊，有了它你在使用 go 的时候有了更多的想象力。本文将带你初步了解和使用 CGO，本文只是抛砖头，因为有关 CGO 的文档其实蛮少的，在其中也有很多坑，所以今天来踩一次，不知道会不会留下什么坑….

有了 CGO，Go 就有机会继承 C/C++近半个世纪的遗产 by 曹大

CGO 使用案例分享

首先来看一下最近我看到使用 CGO 的两个案例

案例 1 mosn

https://github.com/mosn/mosn

其中 mosn 通过 CGO 的能力，想办法在 envoy 后面加了一层，使得其底层网络具备 C 同等的处理能力的同时，又能使上层业务可高效复用 mosn 的处理能力及 go 的高开发效率。

案例 2 主动式缓存

这个 GopherChina 上一个学而思网校的分享，主要讲的是如何设计一个主动式内存缓存，其中提到了 Go 的 GC 导致当有大量内存缓存的时候，对象数量过多，GC 扫描的时间会很长，所以将缓存对象存储到 C 中，然后利用 CGO 去访问缓存的对象，因为当对象在 C 中的时候就不参与 GC 了。当时我听到这个思路的时候也是觉得有点意思，原来 CGO 还可以有这样的操作。

理论存在，实践开始

开胃小菜

首先先来一个简单 hello world 让你没有用过 CGO 的同学来体验一下

package main

//#include <stdio.h>
import "C"

func main() {
    C.puts(C.CString("Hello, World\n"))
}

非常简单，这里有以下几点

import C，有了它我们就能通过 C. 来使用 C 的一些方法，还引入了 <stdio.h>
我们通过 C.CString 将 go 的字符串转换为了 c 的 “字符串”
调用 C 里面的 puts 函数打印了这个字符串

就是这么简单，一个 CGO 的代码就完成了，有了它你是不是觉得其实 CGO 很简单，可以为所欲为了？NoNo 其实还有下面几点需要注意

注意点

类型转换：Golang 里面类型不能拿出来直接给 C 使用，因为底层的存储方式不同，所以必须通过 C.CString 等类似的方法进行转换；同样的，C 返回的类型也无法在 Go 中直接使用，也需要做一次转换，如通过 C.GoString 将 c 的 *char 转换为 go 的 string
内存：C 是没有 GC 的，所以 C 的内存需要手动管理，比如这里构造的字符串，在 C 里面是需要手动释放的，通过 C.free(unsafe.Pointer(s)) 可以进行 free；当然，反过来，当 C 要访问 go 的内存的时候也需要注意，Go 是有 GC 的，而 Go 的 Gc 是不知道当前这个对象在 C 里面是否还有在使用的，所以如果使用不当，C 中访问 go 的对象，这个对象可能已经被 GC 了
性能损失：因为 Go 和 C 有着不同的内存模型和函数调用规约，所以显然在使用 CGO 的时候需要栈的切换工作，那么势必带来这性能的损失

其他细节可以还查看 https://golang.org/cmd/cgo/ https://golang.org/src/cmd/cgo/doc.go

正餐

基于我之前听到的分享案例二，主动式缓存，它想办法在 C 里面开辟了一片新天地，让它绕过了 GO 的 GC 扫描，于是我就想着实践一下，搞一个最小 demo 看看。

目标

在 C 里面搞一个 map 当做缓存
Go 通过 CGO 去访问这个 map 进行操作

然后之前写 C++ 的时候就经常用到 STL 库嘛，那里面的 map 自然是耳熟能详，所以就想到了如果我能想办法搞定这个 STL 的库势必就能实现这个 demo 了，理论存在，实践开始。

my_map.h

void MmPut(const char* key, const char* value);
const char* MmGet(const char* key);
void MmDelete(const char* key);

首先定义一个头文件 my_map.h，里面包含三个函数分别是 put，get，delete 对 map 的相关操作

这里解释一下，因为在 C 里面你需要首先给出这个函数的定义，才能在下面使用这个函数并且实现它，所以就需要定这个。

my_map.cpp

#include <string>
#include <map>

extern "C" {
    #include "my_map.h"
    using namespace std;
}

map<string, string> mm;

void MmPut(const char* key, const char* value) {
    mm[key] = value;
}

const char* MmGet(const char* key) {
    return mm[key].data();
}

void MmDelete(const char* key) {
    mm.erase(key);
}

然后定义我们的具体方法 my_map.h 这里写的很粗糙，就直接定义了一个 map 然后对它进行三个操作的实现，其中需要注点的是：

STL 库里面的 map 实现是红黑树，有序，这里是偷懒，如果没有必要的话，需要 hashmap 的话可以使用 unordered_map
这里 using namespace std; 也是偷懒，我不想每个都写一遍 std:: 懂的都懂
这里使用 char* 作为入参是因为将 go 的字符串转换过来的时候是这个类型

main.go

package main

//void MmPut(const char* key, const char* value);
//const char* MmGet(const char* key);
//void MmDelete(const char* key);
/*
#include <stdlib.h>
*/
import "C"
import (
   "fmt"
   "unsafe"
)

func main() {
   Put2MyMap("author", "linkinstar")
   
   s := GetFromMyMap("author")
   fmt.Println("before delete:", s)

   DeleteFromMyMap("author")

   s = GetFromMyMap("author")
   fmt.Println("after delete:", s)
}

func Put2MyMap(key, value string) {
   k := C.CString(key)
   v := C.CString(value)
   defer func() {
      C.free(unsafe.Pointer(k))
      C.free(unsafe.Pointer(v))  
   }()
   C.MmPut(k, v)
}

func GetFromMyMap(key string) (value string) {
   k := C.CString(key)
   defer func() {
      C.free(unsafe.Pointer(k))  
   }()
   v := C.MmGet(k)
   value = C.GoString(v)
   return value
}

func DeleteFromMyMap(key string) {
   k := C.CString(key)
   defer func() {
      C.free(unsafe.Pointer(k))
   }()
   C.MmDelete(k)
}

最后就是我们的 GO 代码了，封装了一下三个方法，在 main 中测试一下，完成~

其中需要注意的是之前上面提到的手动 free 对应的内存，输出：