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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3.1.2 定义整数变量

为了简单,我们先用Go语言定义并赋值一个整数变量,然后查看生成的汇编代码。

首先创建一个pkg.go文件,内容如下:

package pkg

var Id = 9527

代码中只定义了一个int类型的包级变量,并进行了初始化。然后用以下命令查看的Go语言程序对应的伪汇编代码:

$ go tool compile -S pkg.go
"".Id SNOPTRDATA size=8
  0x0000 37 25 00 00 00 00 00 00                          '.......

其中go tool compile命令用于调用Go语言提供的底层命令工具,其中-S参数表示输出汇编格式。输出的汇编比较简单,其中"".Id对应Id变量符号,变量的内存大小为8个字节。变量的初始化内容为37 25 00 00 00 00 00 00,对应十六进制格式的0x2537,对应十进制为9527。SNOPTRDATA是相关的标志,其中NOPTR表示数据中不包含指针数据。

以上的内容只是目标文件对应的汇编,和Go汇编语言虽然相似当并不完全等价。Go语言官网自带了一个Go汇编语言的入门教程,地址在:https://golang.org/doc/asm

Go汇编语言提供了DATA命令用于初始化包变量,DATA命令的语法如下:

DATA symbol+offset(SB)/width, value

其中symbol为变量在汇编语言中对应的标识符,offset是符号开始地址的偏移量,width是要初始化内存的宽度大小,value是要初始化的值。其中当前包中Go语言定义的符号symbol,在汇编代码中对应·symbol,其中“·”中点符号为一个特殊的unicode符号。

我们采用以下命令可以给Id变量初始化为十六进制的0x2537,对应十进制的9527(常量需要以美元符号$开头表示):

DATA ·Id+0(SB)/1,$0x37
DATA ·Id+1(SB)/1,$0x25

变量定义好之后需要导出以供其它代码引用。Go汇编语言提供了GLOBL命令用于将符号导出:

GLOBL symbol(SB), width

其中symbol对应汇编中符号的名字,width为符号对应内存的大小。用以下命令将汇编中的·Id变量导出:

GLOBL ·Id, $8

现在已经初步完成了用汇编定义一个整数变量的工作。

为了便于其它包使用该Id变量,我们还需要在Go代码中声明该变量,同时也给变量指定一个合适的类型。修改pkg.go的内容如下:

package pkg

var Id int

现状Go语言的代码不再是定义一个变量,语义变成了声明一个变量(声明一个变量时不能再进行初始化操作)。而Id变量的定义工作已经在汇编语言中完成了。

我们将完整的汇编代码放到pkg_amd64.s文件中:

GLOBL ·Id(SB),$8

DATA ·Id+0(SB)/1,$0x37
DATA ·Id+1(SB)/1,$0x25
DATA ·Id+2(SB)/1,$0x00
DATA ·Id+3(SB)/1,$0x00
DATA ·Id+4(SB)/1,$0x00
DATA ·Id+5(SB)/1,$0x00
DATA ·Id+6(SB)/1,$0x00
DATA ·Id+7(SB)/1,$0x00

文件名pkg_amd64.s的后缀名表示AMD64环境下的汇编代码文件。

虽然pkg包是用汇编实现,但是用法和之前的Go语言版本完全一样:

package main

import pkg "pkg包的路径"

func main() {
	println(pkg.Id)
}

对于Go包的用户来说,用Go汇编语言或Go语言实现并无任何区别。