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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3.5.3 for循环

Go语言的for循环有多种用法,我们这里只选择最经典的for结构来讨论。经典的for循环由初始化、结束条件、迭代步长三个部分组成,再配合循环体内部的if条件语言,这种for结构可以模拟其它各种循环类型。

基于经典的for循环结构,我们定义一个LoopAdd函数,可以用于计算任意等差数列的和:

func LoopAdd(cnt, v0, step int) int {
	result := v0
	for i := 0; i < cnt; i++ {
		result += step
	}
	return result
}

比如1+2+...+100等差数列可以这样计算LoopAdd(100, 1, 1),而10+8+...+0等差数列则可以这样计算LoopAdd(5, 10, -2)。在用汇编彻底重写之前先采用前面if/goto类似的技术来改造for循环。

新的LoopAdd函数只有if/goto语句构成:

func LoopAdd(cnt, v0, step int) int {
	var i = 0
	var result = 0

LOOP_BEGIN:
	result = v0

LOOP_IF:
	if i < cnt { goto LOOP_BODY }
	goto LOOP_END

LOOP_BODY
	i = i+1
	result = result + step
	goto LOOP_IF

LOOP_END:

	return result
}

函数的开头先定义两个局部变量便于后续代码使用。然后将for语句的初始化、结束条件、迭代步长三个部分拆分为三个代码段,分别用LOOP_BEGIN、LOOP_IF、LOOP_BODY三个标号表示。其中LOOP_BEGIN循环初始化部分只会执行一次,因此该标号并不会被引用,可以省略。最后LOOP_END语句表示for循环的结束。四个标号分隔出的三个代码段分别对应for循环的初始化语句、循环条件和循环体,其中迭代语句被合并到循环体中了。

下面用汇编语言重新实现LoopAdd函数

#include "textflag.h"

// func LoopAdd(cnt, v0, step int) int
TEXT ·LoopAdd(SB), NOSPLIT,  $0-32
	MOVQ cnt+0(FP), AX   // cnt
	MOVQ v0+8(FP), BX    // v0/result
	MOVQ step+16(FP), CX // step

LOOP_BEGIN:
	MOVQ $0, DX          // i

LOOP_IF:
	CMPQ DX, AX          // compare i, cnt
	JL   LOOP_BODY       // if i < cnt: goto LOOP_BODY
	JMP LOOP_END

LOOP_BODY:
	ADDQ $1, DX          // i++
	ADDQ CX, BX          // result += step
	JMP LOOP_IF

LOOP_END:

	MOVQ BX, ret+24(FP)  // return result
	RET

其中v0和result变量复用了一个BX寄存器。在LOOP_BEGIN标号对应的指令部分,用MOVQ将DX寄存器初始化为0,DX对应变量i,循环的迭代变量。在LOOP_IF标号对应的指令部分,使用CMPQ指令比较DX和AX,如果循环没有结束则跳转到LOOP_BODY部分,否则跳转到LOOP_END部分结束循环。在LOOP_BODY部分,更新迭代变量并且执行循环体中的累加语句,然后直接跳转到LOOP_IF部分进入下一轮循环条件判断。LOOP_END标号之后就是返回累加结果的语句。

循环是最复杂的控制流,循环中隐含了分支和跳转语句。掌握了循环的写法基本也就掌握了汇编语言的基础写法。更极客的玩法是通过汇编语言打破传统的控制流,比如跨越多层函数直接返回,比如参考基因编辑的手段直接执行一个从C语言构建的代码片段等。总之掌握规律之后,你会发现其实汇编语言编程会变得异常简单和有趣。