Go语言高级编程

324课时
1.4K学过
8分

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

课程评价 (0)

请对课程作出评价:
0/300

学员评价

暂无精选评价
15分钟

3.1.3 定义字符串变量

在前一个例子中,我们通过汇编定义了一个整数变量。现在我们提高一点难度,尝试通过汇编定义一个字符串变量。虽然从Go语言角度看,定义字符串和整数变量的写法基本相同,但是字符串底层却有着比单个整数更复杂的数据结构。

实验的流程和前面的例子一样,还是先用Go语言实现类似的功能,然后观察分析生成的汇编代码,最后用Go汇编语言仿写。首先创建pkg.go文件,用Go语言定义字符串:

package pkg

var Name = "gopher"

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
go.string."gopher" SRODATA dupok size=6
  0x0000 67 6f 70 68 65 72                                gopher
"".Name SDATA size=16
  0x0000 00 00 00 00 00 00 00 00 06 00 00 00 00 00 00 00  ................
  rel 0+8 t=1 go.string."gopher"+0

输出中出现了一个新的符号go.string."gopher",根据其长度和内容分析可以猜测是对应底层的"gopher"字符串数据。因为Go语言的字符串并不是值类型,Go字符串其实是一种只读的引用类型。如果多个代码中出现了相同的"gopher"只读字符串时,程序链接后可以引用的同一个符号go.string."gopher"。因此,该符号有一个SRODATA标志表示这个数据在只读内存段,dupok表示出现多个相同标识符的数据时只保留一个就可以了。

而真正的Go字符串变量Name对应的大小却只有16个字节了。其实Name变量并没有直接对应“gopher”字符串,而是对应16字节大小的reflect.StringHeader结构体:

type reflect.StringHeader struct {
	Data uintptr
	Len  int
}

从汇编角度看,Name变量其实对应的是reflect.StringHeader结构体类型。前8个字节对应底层真实字符串数据的指针,也就是符号go.string."gopher"对应的地址。后8个字节对应底层真实字符串数据的有效长度,这里是6个字节。

现在创建pkg_amd64.s文件,尝试通过汇编代码重新定义并初始化Name字符串:

GLOBL ·NameData(SB),$8
DATA  ·NameData(SB)/8,$"gopher"

GLOBL ·Name(SB),$16
DATA  ·Name+0(SB)/8,$·NameData(SB)
DATA  ·Name+8(SB)/8,$6

因为在Go汇编语言中,go.string."gopher"不是一个合法的符号,因此我们无法通过手工创建(这是给编译器保留的部分特权,因为手工创建类似符号可能打破编译器输出代码的某些规则)。因此我们新创建了一个·NameData符号表示底层的字符串数据。然后定义·Name符号内存大小为16字节,其中前8个字节用·NameData符号对应的地址初始化,后8个字节为常量6表示字符串长度。

当用汇编定义好字符串变量并导出之后,还需要在Go语言中声明该字符串变量。然后就可以用Go语言代码测试Name变量了:

package main

import pkg "path/to/pkg"

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

不幸的是这次运行产生了以下错误:

pkgpath.NameData: missing Go type information for global symbol: size 8

错误提示汇编中定义的NameData符号没有类型信息。其实Go汇编语言中定义的数据并没有所谓的类型,每个符号只不过是对应一块内存而已,因此NameData符号也是没有类型的。但是Go语言是再带垃圾回收器的语言,而Go汇编语言是工作在自动垃圾回收体系框架内的。当Go语言的垃圾回收器在扫描到NameData变量的时候,无法知晓该变量内部是否包含指针,因此就出现了这种错误。错误的根本原因并不是NameData没有类型,而是NameData变量没有标注是否会含有指针信息。

通过给NameData变量增加一个NOPTR标志,表示其中不会包含指针数据可以修复该错误:

#include "textflag.h"

GLOBL ·NameData(SB),NOPTR,$8

通过给·NameData增加NOPTR标志的方式表示其中不含指针数据。我们也可以通过给·NameData变量在Go语言中增加一个不含指针并且大小为8个字节的类型来修改该错误:

package pkg

var NameData [8]byte
var Name string

我们将NameData声明为长度为8的字节数组。编译器可以通过类型分析出该变量不会包含指针,因此汇编代码中可以省略NOPTR标志。现在垃圾回收器在遇到该变量的时候就会停止内部数据的扫描。

在这个实现中,Name字符串底层其实引用的是NameData内存对应的“gopher”字符串数据。因此,如果NameData发生变化,Name字符串的数据也会跟着变化。

func main() {
	println(pkg.Name)

	pkg.NameData[0] = '?'
	println(pkg.Name)
}

当然这和字符串的只读定义是冲突的,正常的代码需要避免出现这种情况。最好的方法是不要导出内部的NameData变量,这样可以避免内部数据被无意破坏。

在用汇编定义字符串时我们可以换一种思维:将底层的字符串数据和字符串头结构体定义在一起,这样可以避免引入NameData符号:

GLOBL ·Name(SB),$24

DATA ·Name+0(SB)/8,$·Name+16(SB)
DATA ·Name+8(SB)/8,$6
DATA ·Name+16(SB)/8,$"gopher"

在新的结构中,Name符号对应的内存从16字节变为24字节,多出的8个字节存放底层的“gopher”字符串。·Name符号前16个字节依然对应reflect.StringHeader结构体:Data部分对应$·Name+16(SB),表示数据的地址为Name符号往后偏移16个字节的位置;Len部分依然对应6个字节的长度。这是C语言程序员经常使用的技巧。