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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3.4.1 基本语法

函数标识符通过TEXT汇编指令定义,表示该行开始的指令定义在TEXT内存段。TEXT语句后的指令一般对应函数的实现,但是对于TEXT指令本身来说并不关心后面是否有指令。因此TEXT和LABEL定义的符号是类似的,区别只是LABEL是用于跳转标号,但是本质上他们都是通过标识符映射一个内存地址。

函数的定义的语法如下:

TEXT symbol(SB), [flags,] $framesize[-argsize]

函数的定义部分由5个部分组成:TEXT指令、函数名、可选的flags标志、函数帧大小和可选的函数参数大小。

其中TEXT用于定义函数符号,函数名中当前包的路径可以省略。函数的名字后面是(SB),表示是函数名符号相对于SB伪寄存器的偏移量,二者组合在一起最终是绝对地址。作为全局的标识符的全局变量和全局函数的名字一般都是基于SB伪寄存器的相对地址。标志部分用于指示函数的一些特殊行为,标志在textlags.h文件中定义,常见的NOSPLIT主要用于指示叶子函数不进行栈分裂。framesize部分表示函数的局部变量需要多少栈空间,其中包含调用其它函数时准备调用参数的隐式栈空间。最后是可以省略的参数大小,之所以可以省略是因为编译器可以从Go语言的函数声明中推导出函数参数的大小。

我们首先从一个简单的Swap函数开始。Swap函数用于交互输入的两个参数的顺序,然后通过返回值返回交换了顺序的结果。如果用Go语言中声明Swap函数,大概这样的:

package main

//go:nosplit
func Swap(a, b int) (int, int)

下面是main包中Swap函数在汇编中两种定义方式:

// func Swap(a, b int) (int, int)
TEXT ·Swap(SB), NOSPLIT, $0-32

// func Swap(a, b int) (int, int)
TEXT ·Swap(SB), NOSPLIT, $0

下图是Swap函数几种不同写法的对比关系图:

图 3-8 函数定义

第一种是最完整的写法:函数名部分包含了当前包的路径,同时指明了函数的参数大小为32个字节(对应参数和返回值的4个int类型)。第二种写法则比较简洁,省略了当前包的路径和参数的大小。如果有NOSPLIT标注,会禁止汇编器为汇编函数插入栈分裂的代码。NOSPLIT对应Go语言中的//go:nosplit注释。

目前可能遇到的函数标志有NOSPLIT、WRAPPER和NEEDCTXT几个。其中NOSPLIT不会生成或包含栈分裂代码,这一般用于没有任何其它函数调用的叶子函数,这样可以适当提高性能。WRAPPER标志则表示这个是一个包装函数,在panic或runtime.caller等某些处理函数帧的地方不会增加函数帧计数。最后的NEEDCTXT表示需要一个上下文参数,一般用于闭包函数。

需要注意的是函数也没有类型,上面定义的Swap函数签名可以下面任意一种格式:

func Swap(a, b, c int) int
func Swap(a, b, c, d int)
func Swap() (a, b, c, d int)
func Swap() (a []int, d int)
// ...

对于汇编函数来说,只要是函数的名字和参数大小一致就可以是相同的函数了。而且在Go汇编语言中,输入参数和返回值参数是没有任何的区别的。