Go语言高级编程

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2. 第2章 CGO编程

引言

2.1 快速入门

2.1.1 最简CGO程序

2.1.2 基于C标准库函数输出字符串

2.1.3 使用自己的C函数

2.1.4 C代码的模块化

2.1.5 用Go重新实现C函数

2.1.6 面向C接口的Go编程

2.2 CGO基础

2.2.1 import "C"语句

2.2.2 #cgo语句

2.2.3 build tag 条件编译

2.3 类型转换

2.3.1 数值类型

2.3.2 Go 字符串和切片

2.3.3 结构体、联合、枚举类型

2.3.4 数组、字符串和切片

2.3.5 指针间的转换

2.3.6 数值和指针的转换

2.3.7 切片间的转换

2.4 函数调用

2.4.1 Go调用C函数

2.4.2 C函数的返回值

2.4.3 void函数的返回值

2.4.4 C调用Go导出函数

2.5 内部机制

2.5.1 CGO生成的中间文件

2.5.2 Go调用C函数

2.5.3 C调用Go函数

2.6 实战: 封装qsort

2.6.1 认识qsort函数

2.6.2 将qsort函数从Go包导出

2.6.3 改进:闭包函数作为比较函数

2.6.4 改进:消除用户对unsafe包的依赖

2.7 CGO内存模型

2.7.1 Go访问C内存

2.7.2 C临时访问传入的Go内存

2.7.3 C长期持有Go指针对象

2.7.4 导出C函数不能返回Go内存

2.8 C++ 类包装

2.8.1 C++ 类到 Go 语言对象

2.8.1.1 准备一个 C++ 类

2.8.1.2 用纯C函数接口封装 C++ 类

2.8.1.3 将纯C接口函数转为Go函数

2.8.1.4 包装为Go对象

2.8.2 Go 语言对象到 C++ 类

2.8.2.1 构造一个Go对象

2.8.2.2 导出C接口

2.8.2.3 封装C++对象

2.8.2.4 封装C++对象改进

2.8.3 彻底解放C++的this指针

2.9 静态库和动态库

2.9.1 使用C静态库

2.9.2 使用C动态库

2.9.3 导出C静态库

2.9.4 导出C动态库

2.9.5 导出非main包的函数

2.10 编译和链接参数

2.10.1 编译参数:CFLAGS/CPPFLAGS/CXXFLAGS

2.10.2 链接参数:LDFLAGS

2.10.3 pkg-config

2.10.4 go get 链

2.10.5 多个非main包中导出C函数

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1.1.1 来自贝尔实验室特有基因

作为Go语言标志性的并发编程特性则来自于贝尔实验室的Tony Hoare于1978年发表的鲜为外界所知的关于并发研究的基础文献:顺序通信进程(communicating sequential processes ,缩写为CSP)。在最初的CSP论文中,程序只是一组没有中间共享状态的平行运行的处理过程,它们之间使用管道进行通信和控制同步。Tony Hoare的CSP并发模型只是一个用于描述并发性基本概念的描述语言,它并不是一个可以编写可执行程序的通用编程语言。

CSP并发模型最经典的实际应用是来自爱立信发明的Erlang编程语言。不过在Erlang将CSP理论作为并发编程模型的同时,同样来自贝尔实验室的Rob Pike以及其同事也在不断尝试将CSP并发模型引入当时的新发明的编程语言中。他们第一次尝试引入CSP并发特性的编程语言叫Squeak(老鼠的叫声),是一个用于提供鼠标和键盘事件处理的编程语言,在这个语言中管道是静态创建的。然后是改进版的Newsqueak语言(新版老鼠的叫声),新提供了类似C语言语句和表达式的语法,还有类似Pascal语言的推导语法。Newsqueak是一个带垃圾回收的纯函数式语言,它再次针对键盘、鼠标和窗口事件管理。但是在Newsqueak语言中管道已经是动态创建的,管道属于第一类值、可以保存到变量中。然后是Alef编程语言(Alef也是C语言之父Ritchie比较喜爱的编程语言),Alef语言试图将Newsqueak语言改造为系统编程语言,但是因为缺少垃圾回收机制而导致并发编程很痛苦(这也是继承C语言手工管理内存的代价)。在Aelf语言之后还有一个叫Limbo的编程语言(地狱的意思),这是一个运行在虚拟机中的脚本语言。Limbo语言是Go语言最接近的祖先,它和Go语言有着最接近的语法。到设计Go语言时,Rob Pike在CSP并发编程模型的实践道路上已经积累了几十年的经验,关于Go语言并发编程的特性完全是信手拈来,新编程语言的到来也是水到渠成了。

图1-2展示了Go语言库早期代码库日志可以看出最直接的演化历程(Git用git log --before={2008-03-03} --reverse命令查看)。

图 1-2 Go语言开发日志

从早期提交日志中也可以看出,Go语言是从Ken Thompson发明的B语言、Dennis M. Ritchie发明的C语言逐步演化过来的,它首先是C语言家族的成员,因此很多人将Go语言称为21世纪的C语言。

图1-3是Go语言中来自贝尔实验室特有并发编程基因的演化过程:

图 1-3 Go语言并发演化历史

纵观整个贝尔实验室的编程语言的发展进程,从B语言、C语言、Newsqueak、Alef、Limbo语言一路走来,Go语言继承了来着贝尔实验室的半个世纪的软件设计基因,终于完成了C语言革新的使命。纵观这几年来的发展趋势,Go语言已经成为云计算、云存储时代最重要的基础编程语言。