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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1.3.3 切片(slice)

简单地说,切片就是一种简化版的动态数组。因为动态数组的长度是不固定,切片的长度自然也就不能是类型的组成部分了。数组虽然有适用它们的地方,但是数组的类型和操作都不够灵活,因此在Go代码中数组使用的并不多。而切片则使用得相当广泛,理解切片的原理和用法是一个Go程序员的必备技能。

我们先看看切片的结构定义,reflect.SliceHeader

type SliceHeader struct {
	Data uintptr
	Len  int
	Cap  int
}

可以看出切片的开头部分和Go字符串是一样的,但是切片多了一个Cap成员表示切片指向的内存空间的最大容量(对应元素的个数,而不是字节数)。下图是x := []int{2,3,5,7,11}y := x[1:3]两个切片对应的内存结构。

图 1-10 切片布局

让我们看看切片有哪些定义方式:

var (
	a []int               // nil切片, 和 nil 相等, 一般用来表示一个不存在的切片
	b = []int{}           // 空切片, 和 nil 不相等, 一般用来表示一个空的集合
	c = []int{1, 2, 3}    // 有3个元素的切片, len和cap都为3
	d = c[:2]             // 有2个元素的切片, len为2, cap为3
	e = c[0:2:cap(c)]     // 有2个元素的切片, len为2, cap为3
	f = c[:0]             // 有0个元素的切片, len为0, cap为3
	g = make([]int, 3)    // 有3个元素的切片, len和cap都为3
	h = make([]int, 2, 3) // 有2个元素的切片, len为2, cap为3
	i = make([]int, 0, 3) // 有0个元素的切片, len为0, cap为3
)

和数组一样,内置的len函数返回切片中有效元素的长度,内置的cap函数返回切片容量大小,容量必须大于或等于切片的长度。也可以通过reflect.SliceHeader结构访问切片的信息(只是为了说明切片的结构,并不是推荐的做法)。切片可以和nil进行比较,只有当切片底层数据指针为空时切片本身为nil,这时候切片的长度和容量信息将是无效的。如果有切片的底层数据指针为空,但是长度和容量不为0的情况,那么说明切片本身已经被损坏了(比如直接通过reflect.SliceHeaderunsafe包对切片作了不正确的修改)。

遍历切片的方式和遍历数组的方式类似:

	for i := range a {
		fmt.Printf("a[%d]: %d\n", i, a[i])
	}
	for i, v := range b {
		fmt.Printf("b[%d]: %d\n", i, v)
	}
	for i := 0; i < len(c); i++ {
		fmt.Printf("c[%d]: %d\n", i, c[i])
	}

其实除了遍历之外,只要是切片的底层数据指针、长度和容量没有发生变化的话,对切片的遍历、元素的读取和修改都和数组是一样的。在对切片本身赋值或参数传递时,和数组指针的操作方式类似,只是复制切片头信息(reflect.SliceHeader),并不会复制底层的数据。对于类型,和数组的最大不同是,切片的类型和长度信息无关,只要是相同类型元素构成的切片均对应相同的切片类型。

如前所说,切片是一种简化版的动态数组,这是切片类型的灵魂。除了构造切片和遍历切片之外,添加切片元素、删除切片元素都是切片处理中经常遇到的问题。