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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4.2.3 自动生成完整的RPC代码

在前面的例子中我们已经构建了最小化的netrpcPlugin插件,并且通过克隆protoc-gen-go的主程序创建了新的protoc-gen-go-netrpc的插件程序。现在开始继续完善netrpcPlugin插件,最终目标是生成RPC安全接口。

首先是自定义的genImportCode方法中生成导入包的代码:

func (p *netrpcPlugin) genImportCode(file *generator.FileDescriptor) {
	p.P(`import "net/rpc"`)
}

然后要在自定义的genServiceCode方法中为每个服务生成相关的代码。分析可以发现每个服务最重要的是服务的名字,然后每个服务有一组方法。而对于服务定义的方法,最重要的是方法的名字,还有输入参数和输出参数类型的名字。

为此我们定义了一个ServiceSpec类型,用于描述服务的元信息:

type ServiceSpec struct {
	ServiceName string
	MethodList  []ServiceMethodSpec
}

type ServiceMethodSpec struct {
	MethodName     string
	InputTypeName  string
	OutputTypeName string
}

然后我们新建一个buildServiceSpec方法用来解析每个服务的ServiceSpec元信息:

func (p *netrpcPlugin) buildServiceSpec(
	svc *descriptor.ServiceDescriptorProto,
) *ServiceSpec {
	spec := &ServiceSpec{
		ServiceName: generator.CamelCase(svc.GetName()),
	}

	for _, m := range svc.Method {
		spec.MethodList = append(spec.MethodList, ServiceMethodSpec{
			MethodName:     generator.CamelCase(m.GetName()),
			InputTypeName:  p.TypeName(p.ObjectNamed(m.GetInputType())),
			OutputTypeName: p.TypeName(p.ObjectNamed(m.GetOutputType())),
		})
	}

	return spec
}

其中输入参数是*descriptor.ServiceDescriptorProto类型,完整描述了一个服务的所有信息。然后通过svc.GetName()就可以获取Protobuf文件中定义的服务的名字。Protobuf文件中的名字转为Go语言的名字后,需要通过generator.CamelCase函数进行一次转换。类似的,在for循环中我们通过m.GetName()获取方法的名字,然后再转为Go语言中对应的名字。比较复杂的是对输入和输出参数名字的解析:首先需要通过m.GetInputType()获取输入参数的类型,然后通过p.ObjectNamed获取类型对应的类对象信息,最后获取类对象的名字。

然后我们就可以基于buildServiceSpec方法构造的服务的元信息生成服务的代码:

func (p *netrpcPlugin) genServiceCode(svc *descriptor.ServiceDescriptorProto) {
	spec := p.buildServiceSpec(svc)

	var buf bytes.Buffer
	t := template.Must(template.New("").Parse(tmplService))
	err := t.Execute(&buf, spec)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}

	p.P(buf.String())
}

为了便于维护,我们基于Go语言的模板来生成服务代码,其中tmplService是服务的模板。

在编写模板之前,我们先查看下我们期望生成的最终代码大概是什么样子:

type HelloServiceInterface interface {
	Hello(in String, out *String) error
}

func RegisterHelloService(srv *rpc.Server, x HelloService) error {
	if err := srv.RegisterName("HelloService", x); err != nil {
		return err
	}
	return nil
}

type HelloServiceClient struct {
	*rpc.Client
}

var _ HelloServiceInterface = (*HelloServiceClient)(nil)

func DialHelloService(network, address string) (*HelloServiceClient, error) {
	c, err := rpc.Dial(network, address)
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	return &HelloServiceClient{Client: c}, nil
}

func (p *HelloServiceClient) Hello(in String, out *String) error {
	return p.Client.Call("HelloService.Hello", in, out)
}

其中HelloService是服务名字,同时还有一系列的方法相关的名字。

参考最终要生成的代码可以构建如下模板:

const tmplService = `
{{$root := .}}

type {{.ServiceName}}Interface interface {
	{{- range $_, $m := .MethodList}}
	{{$m.MethodName}}(*{{$m.InputTypeName}}, *{{$m.OutputTypeName}}) error
	{{- end}}
}

func Register{{.ServiceName}}(
	srv *rpc.Server, x {{.ServiceName}}Interface,
) error {
	if err := srv.RegisterName("{{.ServiceName}}", x); err != nil {
		return err
	}
	return nil
}

type {{.ServiceName}}Client struct {
	*rpc.Client
}

var _ {{.ServiceName}}Interface = (*{{.ServiceName}}Client)(nil)

func Dial{{.ServiceName}}(network, address string) (
	*{{.ServiceName}}Client, error,
) {
	c, err := rpc.Dial(network, address)
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	return &{{.ServiceName}}Client{Client: c}, nil
}

{{range $_, $m := .MethodList}}
func (p *{{$root.ServiceName}}Client) {{$m.MethodName}}(
	in *{{$m.InputTypeName}}, out *{{$m.OutputTypeName}},
) error {
	return p.Client.Call("{{$root.ServiceName}}.{{$m.MethodName}}", in, out)
}
{{end}}
`

当Protobuf的插件定制工作完成后,每次hello.proto文件中RPC服务的变化都可以自动生成代码。也可以通过更新插件的模板,调整或增加生成代码的内容。在掌握了定制Protobuf插件技术后,你将彻底拥有这个技术。