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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1.5.3 顺序一致性内存模型

如果只是想简单地在线程之间进行数据同步的话,原子操作已经为编程人员提供了一些同步保障。不过这种保障有一个前提:顺序一致性的内存模型。要了解顺序一致性,我们先看看一个简单的例子:

var a string
var done bool

func setup() {
	a = "hello, world"
	done = true
}

func main() {
	go setup()
	for !done {}
	print(a)
}

我们创建了setup线程,用于对字符串a的初始化工作,初始化完成之后设置done标志为truemain函数所在的主线程中,通过for !done {}检测done变为true时,认为字符串初始化工作完成,然后进行字符串的打印工作。

但是Go语言并不保证在main函数中观测到的对done的写入操作发生在对字符串a的写入的操作之后,因此程序很可能打印一个空字符串。更糟糕的是,因为两个线程之间没有同步事件,setup线程对done的写入操作甚至无法被main线程看到,main函数有可能陷入死循环中。

在Go语言中,同一个Goroutine线程内部,顺序一致性内存模型是得到保证的。但是不同的Goroutine之间,并不满足顺序一致性内存模型,需要通过明确定义的同步事件来作为同步的参考。如果两个事件不可排序,那么就说这两个事件是并发的。为了最大化并行,Go语言的编译器和处理器在不影响上述规定的前提下可能会对执行语句重新排序(CPU也会对一些指令进行乱序执行)。

因此,如果在一个Goroutine中顺序执行a = 1; b = 2;两个语句,虽然在当前的Goroutine中可以认为a = 1;语句先于b = 2;语句执行,但是在另一个Goroutine中b = 2;语句可能会先于a = 1;语句执行,甚至在另一个Goroutine中无法看到它们的变化(可能始终在寄存器中)。也就是说在另一个Goroutine看来, a = 1; b = 2;两个语句的执行顺序是不确定的。如果一个并发程序无法确定事件的顺序关系,那么程序的运行结果往往会有不确定的结果。比如下面这个程序:

func main() {
	go println("你好, 世界")
}

根据Go语言规范,main函数退出时程序结束,不会等待任何后台线程。因为Goroutine的执行和main函数的返回事件是并发的,谁都有可能先发生,所以什么时候打印,能否打印都是未知的。

用前面的原子操作并不能解决问题,因为我们无法确定两个原子操作之间的顺序。解决问题的办法就是通过同步原语来给两个事件明确排序:

func main() {
	done := make(chan int)

	go func(){
		println("你好, 世界")
		done <- 1
	}()

	<-done
}

<-done执行时,必然要求done <- 1也已经执行。根据同一个Gorouine依然满足顺序一致性规则,我们可以判断当done <- 1执行时,println("你好, 世界")语句必然已经执行完成了。因此,现在的程序确保可以正常打印结果。

当然,通过sync.Mutex互斥量也是可以实现同步的:

func main() {
	var mu sync.Mutex

	mu.Lock()
	go func(){
		println("你好, 世界")
		mu.Unlock()
	}()

	mu.Lock()
}

可以确定后台线程的mu.Unlock()必然在println("你好, 世界")完成后发生(同一个线程满足顺序一致性),main函数的第二个mu.Lock()必然在后台线程的mu.Unlock()之后发生(sync.Mutex保证),此时后台线程的打印工作已经顺利完成了。