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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2.9.2 使用C动态库

动态库出现的初衷是对于相同的库,多个进程可以共享同一个,以节省内存和磁盘资源。但是在磁盘和内存已经白菜价的今天,这两个作用已经显得微不足道了,那么除此之外动态库还有哪些存在的价值呢?从库开发角度来说,动态库可以隔离不同动态库之间的关系,减少链接时出现符号冲突的风险。而且对于windows等平台,动态库是跨越VC和GCC不同编译器平台的唯一的可行方式。

对于CGO来说,使用动态库和静态库是一样的,因为动态库也必须要有一个小的静态导出库用于链接动态库(Linux下可以直接链接so文件,但是在Windows下必须为dll创建一个.a文件用于链接)。我们还是以前面的number库为例来说明如何以动态库方式使用。

对于在macOS和Linux系统下的gcc环境,我们可以用以下命令创建number库的的动态库:

$ cd number
$ gcc -shared -o libnumber.so number.c

因为动态库和静态库的基础名称都是libnumber,只是后缀名不同而已。因此Go语言部分的代码和静态库版本完全一样:

package main

//#cgo CFLAGS: -I./number
//#cgo LDFLAGS: -L${SRCDIR}/number -lnumber
//
//#include "number.h"
import "C"
import "fmt"

func main() {
	fmt.Println(C.number_add_mod(10, 5, 12))
}

编译时GCC会自动找到libnumber.a或libnumber.so进行链接。

对于windows平台,我们还可以用VC工具来生成动态库(windows下有一些复杂的C++库只能用VC构建)。我们需要先为number.dll创建一个def文件,用于控制要导出到动态库的符号。

number.def文件的内容如下:

LIBRARY number.dll

EXPORTS
number_add_mod

其中第一行的LIBRARY指明动态库的文件名,然后的EXPORTS语句之后是要导出的符号名列表。

现在我们可以用以下命令来创建动态库(需要进入VC对应的x64命令行环境)。

$ cl /c number.c
$ link /DLL /OUT:number.dll number.obj number.def

这时候会为dll同时生成一个number.lib的导出库。但是在CGO中我们无法使用lib格式的链接库。

要生成.a格式的导出库需要通过mingw工具箱中的dlltool命令完成:

$ dlltool -dllname number.dll --def number.def --output-lib libnumber.a

生成了libnumber.a文件之后,就可以通过-lnumber链接参数进行链接了。

需要注意的是,在运行时需要将动态库放到系统能够找到的位置。对于windows来说,可以将动态库和可执行程序放到同一个目录,或者将动态库所在的目录绝对路径添加到PATH环境变量中。对于macOS来说,需要设置DYLD_LIBRARY_PATH环境变量。而对于Linux系统来说,需要设置LD_LIBRARY_PATH环境变量。