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。
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