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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3.2.3 X86-64体系结构

X86其实是是80X86的简称(后面三个字母),包括Intel 8086、80286、80386以及80486等指令集合,因此其架构被称为x86架构。x86-64是AMD公司于1999年设计的x86架构的64位拓展,向后兼容于16位及32位的x86架构。X86-64目前正式名称为AMD64,也就是Go语言中GOARCH环境变量指定的AMD64。如果没有特殊说明的话,本章中的汇编程序都是针对64位的X86-64环境。

在使用汇编语言之前必须要了解对应的CPU体系结构。下面是X86/AMD架构图:

图 3-2 AMD64架构

左边是内存部分是常见的内存布局。其中text一般对应代码段,用于存储要执行指令数据,代码段一般是只读的。然后是rodata和data数据段,数据段一般用于存放全局的数据,其中rodata是只读的数据段。而heap段则用于管理动态的数据,stack段用于管理每个函数调用时相关的数据。在汇编语言中一般重点关注text代码段和data数据段,因此Go汇编语言中专门提供了对应TEXT和DATA命令用于定义代码和数据。

中间是X86提供的寄存器。寄存器是CPU中最重要的资源,每个要处理的内存数据原则上需要先放到寄存器中才能由CPU处理,同时寄存器中处理完的结果需要再存入内存。X86中除了状态寄存器FLAGS和指令寄存器IP两个特殊的寄存器外,还有AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP几个通用寄存器。在X86-64中又增加了八个以R8-R15方式命名的通用寄存器。因为历史的原因R0-R7并不是通用寄存器,它们只是X87开始引入的MMX指令专有的寄存器。在通用寄存器中BP和SP是两个比较特殊的寄存器:其中BP用于记录当前函数帧的开始位置,和函数调用相关的指令会隐式地影响BP的值;SP则对应当前栈指针的位置,和栈相关的指令会隐式地影响SP的值;而某些调试工具需要BP寄存器才能正常工作。

右边是X86的指令集。CPU是由指令和寄存器组成,指令是每个CPU内置的算法,指令处理的对象就是全部的寄存器和内存。我们可以将每个指令看作是CPU内置标准库中提供的一个个函数,然后基于这些函数构造更复杂的程序的过程就是用汇编语言编程的过程。