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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1.6.8 context包

在Go1.7发布时,标准库增加了一个context包,用来简化对于处理单个请求的多个Goroutine之间与请求域的数据、超时和退出等操作,官方有博文对此做了专门介绍。我们可以用context包来重新实现前面的线程安全退出或超时的控制:

func worker(ctx context.Context, wg *sync.WaitGroup) error {
	defer wg.Done()

	for {
		select {
		default:
			fmt.Println("hello")
		case <-ctx.Done():
			return ctx.Err()
		}
	}
}

func main() {
	ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 10*time.Second)

	var wg sync.WaitGroup
	for i := 0; i < 10; i++ {
		wg.Add(1)
		go worker(ctx, &wg)
	}

	time.Sleep(time.Second)
	cancel()

	wg.Wait()
}

当并发体超时或main主动停止工作者Goroutine时,每个工作者都可以安全退出。

Go语言是带内存自动回收特性的,因此内存一般不会泄漏。在前面素数筛的例子中,GenerateNaturalPrimeFilter函数内部都启动了新的Goroutine,当main函数不再使用管道时后台Goroutine有泄漏的风险。我们可以通过context包来避免这个问题,下面是改进的素数筛实现:

// 返回生成自然数序列的管道: 2, 3, 4, ...
func GenerateNatural(ctx context.Context) chan int {
	ch := make(chan int)
	go func() {
		for i := 2; ; i++ {
			select {
			case <- ctx.Done():
				return
			case ch <- i:
			}
		}
	}()
	return ch
}

// 管道过滤器: 删除能被素数整除的数
func PrimeFilter(ctx context.Context, in <-chan int, prime int) chan int {
	out := make(chan int)
	go func() {
		for {
			if i := <-in; i%prime != 0 {
				select {
				case <- ctx.Done():
					return
				case out <- i:
				}
			}
		}
	}()
	return out
}

func main() {
	// 通过 Context 控制后台Goroutine状态
	ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())

	ch := GenerateNatural(ctx) // 自然数序列: 2, 3, 4, ...
	for i := 0; i < 100; i++ {
		prime := <-ch // 新出现的素数
		fmt.Printf("%v: %v\n", i+1, prime)
		ch = PrimeFilter(ctx, ch, prime) // 基于新素数构造的过滤器
	}

	cancel()
}

当main函数完成工作前,通过调用cancel()来通知后台Goroutine退出,这样就避免了Goroutine的泄漏。

并发是一个非常大的主题,我们这里只是展示几个非常基础的并发编程的例子。官方文档也有很多关于并发编程的讨论,国内也有专门讨论Go语言并发编程的书籍。读者可以根据自己的需求查阅相关的文献。

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