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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3.3.2 全局变量

在Go语言中,变量根据作用域和生命周期有全局变量和局部变量之分。全局变量是包一级的变量,全局变量一般有着较为固定的内存地址,声明周期跨越整个程序运行时间。而局部变量一般是函数内定义的的变量,只有在函数被执行的时间才被在栈上创建,当函数调用完成后将回收(暂时不考虑闭包对局部变量捕获的问题)。

从Go汇编语言角度来看,全局变量和局部变量有着非常大的差异。在Go汇编中全局变量和全局函数更为相似,都是通过一个人为定义的符号来引用对应的内存,区别只是内存中存放是数据还是要执行的指令。因为在冯诺伊曼系统结构的计算机中指令也是数据,而且指令和数据存放在统一编址的内存中。因为指令和数据并没有本质的差别,因此我们甚至可以像操作数据那样动态生成指令(这是所有JIT技术的原理)。而局部变量则需在了解了汇编函数之后,才能通过SP栈空间来隐式定义。

在Go汇编语言中,内存是通过SB伪寄存器定位。SB是Static base pointer的缩写,意为静态内存的开始地址。我们可以将SB想象为一个和内容容量有相同大小的字节数组,所有的静态全局符号通常可以通过SB加一个偏移量定位,而我们定义的符号其实就是相对于SB内存开始地址偏移量。对于SB伪寄存器,全局变量和全局函数的符号并没有任何区别。

要定义全局变量,首先要声明一个变量对应的符号,以及变量对应的内存大小。导出变量符号的语法如下:

GLOBL symbol(SB), width

GLOBL汇编指令用于定义名为symbol的变量,变量对应的内存宽度为width,内存宽度部分必须用常量初始化。下面的代码通过汇编定义一个int32类型的count变量:

GLOBL ·count(SB),$4

其中符号·count以中点开头表示是当前包的变量,最终符号名为被展开为path/to/pkg.count。count变量的大小是4个字节,常量必须以$美元符号开头。内存的宽度必须是2的指数倍,编译器最终会保证变量的真实地址对齐到机器字倍数。需要注意的是,在Go汇编中我们无法为count变量指定具体的类型。在汇编中定义全局变量时,我们只关心变量的名字和内存大小,变量最终的类型只能在Go语言中声明。

变量定义之后,我们可以通过DATA汇编指令指定对应内存中的数据,语法如下:

DATA symbol+offset(SB)/width, value

具体的含义是从symbol+offset偏移量开始,width宽度的内存,用value常量对应的值初始化。DATA初始化内存时,width必须是1、2、4、8几个宽度之一,因为再大的内存无法一次性用一个uint64大小的值表示。

对于int32类型的count变量来说,我们既可以逐个字节初始化,也可以一次性初始化:

DATA ·count+0(SB)/1,$1
DATA ·count+1(SB)/1,$2
DATA ·count+2(SB)/1,$3
DATA ·count+3(SB)/1,$4

// or

DATA ·count+0(SB)/4,$0x04030201

因为X86处理器是小端序,因此用十六进制0x04030201初始化全部的4个字节,和用1、2、3、4逐个初始化4个字节是一样的效果。

最后还需要在Go语言中声明对应的变量(和C语言头文件声明变量的作用类似),这样垃圾回收器会根据变量的类型来管理其中的指针相关的内存数据。