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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4.1.3 跨语言的RPC

标准库的RPC默认采用Go语言特有的gob编码,因此从其它语言调用Go语言实现的RPC服务将比较困难。在互联网的微服务时代,每个RPC以及服务的使用者都可能采用不同的编程语言,因此跨语言是互联网时代RPC的一个首要条件。得益于RPC的框架设计,Go语言的RPC其实也是很容易实现跨语言支持的。

Go语言的RPC框架有两个比较有特色的设计:一个是RPC数据打包时可以通过插件实现自定义的编码和解码;另一个是RPC建立在抽象的io.ReadWriteCloser接口之上的,我们可以将RPC架设在不同的通讯协议之上。这里我们将尝试通过官方自带的net/rpc/jsonrpc扩展实现一个跨语言的RPC。

首先是基于json编码重新实现RPC服务:

func main() {
	rpc.RegisterName("HelloService", new(HelloService))

	listener, err := net.Listen("tcp", ":1234")
	if err != nil {
		log.Fatal("ListenTCP error:", err)
	}

	for {
		conn, err := listener.Accept()
		if err != nil {
			log.Fatal("Accept error:", err)
		}

		go rpc.ServeCodec(jsonrpc.NewServerCodec(conn))
	}
}

代码中最大的变化是用rpc.ServeCodec函数替代了rpc.ServeConn函数,传入的参数是针对服务端的json编解码器。

然后是实现json版本的客户端:

func main() {
	conn, err := net.Dial("tcp", "localhost:1234")
	if err != nil {
		log.Fatal("net.Dial:", err)
	}

	client := rpc.NewClientWithCodec(jsonrpc.NewClientCodec(conn))

	var reply string
	err = client.Call("HelloService.Hello", "hello", &reply)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}

	fmt.Println(reply)
}

先手工调用net.Dial函数建立TCP链接,然后基于该链接建立针对客户端的json编解码器。

在确保客户端可以正常调用RPC服务的方法之后,我们用一个普通的TCP服务代替Go语言版本的RPC服务,这样可以查看客户端调用时发送的数据格式。比如通过nc命令nc -l 1234在同样的端口启动一个TCP服务。然后再次执行一次RPC调用将会发现nc输出了以下的信息:

{"method":"HelloService.Hello","params":["hello"],"id":0}

这是一个json编码的数据,其中method部分对应要调用的rpc服务和方法组合成的名字,params部分的第一个元素为参数,id是由调用端维护的一个唯一的调用编号。

请求的json数据对象在内部对应两个结构体:客户端是clientRequest,服务端是serverRequest。clientRequest和serverRequest结构体的内容基本是一致的:

type clientRequest struct {
	Method string         `json:"method"`
	Params [1]interface{} `json:"params"`
	Id     uint64         `json:"id"`
}

type serverRequest struct {
	Method string           `json:"method"`
	Params *json.RawMessage `json:"params"`
	Id     *json.RawMessage `json:"id"`
}

在获取到RPC调用对应的json数据后,我们可以通过直接向架设了RPC服务的TCP服务器发送json数据模拟RPC方法调用:

$ echo -e '{"method":"HelloService.Hello","params":["hello"],"id":1}' | nc localhost 1234

返回的结果也是一个json格式的数据:

{"id":1,"result":"hello:hello","error":null}

其中id对应输入的id参数,result为返回的结果,error部分在出问题时表示错误信息。对于顺序调用来说,id不是必须的。但是Go语言的RPC框架支持异步调用,当返回结果的顺序和调用的顺序不一致时,可以通过id来识别对应的调用。

返回的json数据也是对应内部的两个结构体:客户端是clientResponse,服务端是serverResponse。两个结构体的内容同样也是类似的:

type clientResponse struct {
	Id     uint64           `json:"id"`
	Result *json.RawMessage `json:"result"`
	Error  interface{}      `json:"error"`
}

type serverResponse struct {
	Id     *json.RawMessage `json:"id"`
	Result interface{}      `json:"result"`
	Error  interface{}      `json:"error"`
}

因此无论采用何种语言,只要遵循同样的json结构,以同样的流程就可以和Go语言编写的RPC服务进行通信。这样我们就实现了跨语言的RPC。