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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3.4.5 调用其它函数

常见的用Go汇编实现的函数都是叶子函数,也就是被其它函数调用的函数,但是很少调用其它函数。这主要是因为叶子函数比较简单,可以简化汇编函数的编写;同时一般性能或特性的瓶颈也处于叶子函数。但是能够调用其它函数和能够被其它函数调用同样重要,否则Go汇编就不是一个完整的汇编语言。

在前文中我们已经学习了一些汇编实现的函数参数和返回值处理的规则。那么一个显然的问题是,汇编函数的参数是从哪里来的?答案同样明显,被调用函数的参数是由调用方准备的:调用方在栈上设置好空间和数据后调用函数,被调用方在返回前将返回值放在对应的位置,函数通过RET指令返回调用方函数之后,调用方再从返回值对应的栈内存位置取出结果。Go语言函数的调用参数和返回值均是通过栈传输的,这样做的优点是函数调用栈比较清晰,缺点是函数调用有一定的性能损耗(Go编译器是通过函数内联来缓解这个问题的影响)。

为了便于展示,我们先使用Go语言来构造三个逐级调用的函数:

func main() {
	printsum(1, 2)
}

func printsum(a, b int) {
	var ret = sum(a, b)
	println(ret)
}

func sum(a, b int) int {
	return a+b
}

其中main函数通过字面值常量直接调用printsum函数,printsum函数输出两个整数的和。而printsum函数内部又通过调用sum函数计算两个数的和,并最终调用打印函数进行输出。因为printsum既是被调用函数又是调用函数,所以它是我们要重点分析的函数。

下图展示了三个函数逐级调用时内存中函数参数和返回值的布局:

图 3-12 函数帧

为了便于理解,我们对真实的内存布局进行了简化。要记住的是调用函数时,被调用函数的参数和返回值内存空间都必须由调用者提供。因此函数的局部变量和为调用其它函数准备的栈空间总和就确定了函数帧的大小。调用其它函数前调用方要选择保存相关寄存器到栈中,并在调用函数返回后选择要恢复的寄存器进行保存。最终通过CALL指令调用函数的过程和调用我们熟悉的调用println函数输出的过程类似。

Go语言中函数调用是一个复杂的问题,因为Go函数不仅仅要了解函数调用参数的布局,还会涉及到栈的跳转,栈上局部变量的生命周期管理。本节只是简单了解函数调用参数的布局规则,在后续的章节中会更详细的讨论函数的细节。