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ee5715778e
commit
5809c98149
@ -1,10 +1,10 @@
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# 2.2. 基础类型转换
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顾名思义,CGO最初是为了利用C语言资源、是C语言到Go语言、从Go语言函数调用C语言函数的意思。当然,最初因为C语言还会涉及回调函数,自然也会涉及到从C语言函数调用Go语言函数。现在,CGO已经演变为C语言和Go语言双向通讯的桥梁,它连接了C语言和Go语言两大编程语言。要想利用好CGO特性,自然需要了解C语言类型和Go语言类型之间的转换,这是本节要讨论的问题。
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最初CGO是为了达到方便从Go语言函数调用C语言函数以复用C语言资源这一目的而出现的(因为C语言还会涉及回调函数,自然也会涉及到从C语言函数调用Go语言函数)。现在,它已经演变为C语言和Go语言双向通讯的桥梁。要想利用好CGO特性,自然需要了解此二语言类型之间的转换规则,这是本节要讨论的问题。
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## 数值类型
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Go语言中访问C语言的符号时,一般是通过虚拟的“C”包访问,比如`C.int`对应C语言的`int`类型。但是,有些C语言的类型是由多个关键字组成,通过虚拟的“C”包访问C语言类型时名称部分不能有空格字符,比如C语言的`unsigned int`不能直接通过`C.unsigned int`访问。CGO对基础的数值类型都提供了对应规则,比如`C.uint`对应C语言的`unsigned int`。
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在Go语言中访问C语言的符号时,一般是通过虚拟的“C”包访问,比如`C.int`对应C语言的`int`类型。有些C语言的类型是由多个关键字组成,但通过虚拟的“C”包访问C语言类型时名称部分不能有空格字符,比如`unsigned int`不能直接通过`C.unsigned int`访问。因此CGO为C语言的基础数值类型都提供了相应转换规则,比如`C.uint`对应C语言的`unsigned int`。
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Go语言中数值类型和C语言数据类型基本上是相似的,以下是它们的对应关系表。
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@ -25,9 +25,9 @@ float | C.float | float32
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double | C.double | float64
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size_t | C.size_t | uint
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需要注意的是,虽然C语言中`int`、`short`等类型没有明确定义内存大小,但是它们在CGO中的内存大小是确定的。在CGO中,C语言的`int`和`long`类型都是对应4个字节的内存大小,`size_t`类型可以当作Go语言`uint`无符号整数类型对待。
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需要注意的是,虽然在C语言中`int`、`short`等类型没有明确定义内存大小,但是在CGO中它们的内存大小是确定的。在CGO中,C语言的`int`和`long`类型都是对应4个字节的内存大小,`size_t`类型可以当作Go语言`uint`无符号整数类型对待。
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CGO中,虽然C语言的`int`固定为4字节的大小,但是Go语言自己的`int`和`uint`则在32位和64位系统下分别对应4个字节和8个字节大小。如果需要在C语言中访问Go语言的`int`类型,可以通过`GoInt`类型访问,`GoInt`类型在CGO工具生成的`_cgo_export.h`头文件中定义。其实在`_cgo_export.h`头文件中,每个基本的Go数值类型都定义了对应的C语言类型,它们一般都是以单词Go为前缀。下面是64位环境下,`_cgo_export.h`头文件生成的Go数值类型的定义,其中`GoInt`和`GoUint`类型分别对应`GoInt64`和`GoUint64`:
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CGO中,虽然C语言的`int`固定为4字节的大小,但是Go语言自己的`int`和`uint`却在32位和64位系统下分别对应4个字节和8个字节大小。如果需要在C语言中访问Go语言的`int`类型,可以通过`GoInt`类型访问,`GoInt`类型在CGO工具生成的`_cgo_export.h`头文件中定义。其实在`_cgo_export.h`头文件中,每个基本的Go数值类型都定义了对应的C语言类型,它们一般都是以单词Go为前缀。下面是64位环境下,`_cgo_export.h`头文件生成的Go数值类型的定义,其中`GoInt`和`GoUint`类型分别对应`GoInt64`和`GoUint64`:
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```c
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typedef signed char GoInt8;
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@ -44,7 +44,7 @@ typedef float GoFloat32;
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typedef double GoFloat64;
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```
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除了`GoInt`和`GoUint`之外,我们并不推荐直接访问`GoInt32`、`GoInt64`等类型。更好的做法是通过C语言的C99标准引入的`<stdint.h>`头文件。在`<stdint.h>`文件中,它是为了提高C语言的可移植性,每个数值类型都提供了明确内存大小,而且和Go语言的类型命名更加一致。
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除了`GoInt`和`GoUint`之外,我们并不推荐直接访问`GoInt32`、`GoInt64`等类型。更好的做法是通过C语言的C99标准引入的`<stdint.h>`头文件。为了提高C语言的可移植性,在`<stdint.h>`文件中,不但每个数值类型都提供了明确内存大小,而且和Go语言的类型命名更加一致。
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C语言类型 | CGO类型 | Go语言类型
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-------- | ---------- | ---------
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@ -57,11 +57,11 @@ uint32_t | C.uint32_t | uint32
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int64_t | C.int64_t | int64
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uint64_t | C.uint64_t | uint64
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前文说过,如果C语言的类型是由多个关键字组成,无法通过虚拟的“C”包直接访问。比如C语言的`unsigned short`不能直接通过`C.unsigned short`访问。但是,在`<stdint.h>`中通过使用C语言的`typedef`关键字将`unsigned short`重新定义为`uint16_t`一个单词的类型后,我们就可以通过`C.uint16_t`访问原来的`unsigned short`类型了。对于比较复杂的C语言类型,推荐使用`typedef`关键字提高一个规则的类型命名,这样更利于在CGO中访问。
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前文说过,如果C语言的类型是由多个关键字组成,则无法通过虚拟的“C”包直接访问(比如C语言的`unsigned short`不能直接通过`C.unsigned short`访问)。但是,在`<stdint.h>`中通过使用C语言的`typedef`关键字将`unsigned short`重新定义为`uint16_t`这样一个单词的类型后,我们就可以通过`C.uint16_t`访问原来的`unsigned short`类型了。对于比较复杂的C语言类型,推荐使用`typedef`关键字提供一个规则的类型命名,这样更利于在CGO中访问。
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## Go 字符串和切片
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在CGO生成的`_cgo_export.h`头文件中还会为Go语言特有的字符串、切片、字典、接口和管道等特有的数据类型生成对应的C语言类型:
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在CGO生成的`_cgo_export.h`头文件中还会为Go语言的字符串、切片、字典、接口和管道等特有的数据类型生成对应的C语言类型:
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```c
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typedef struct { const char *p; GoInt n; } GoString;
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@ -71,7 +71,7 @@ typedef struct { void *t; void *v; } GoInterface;
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typedef struct { void *data; GoInt len; GoInt cap; } GoSlice;
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```
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不过需要注意的是,其中只有Go语言的字符串和切片在CGO中有一定的使用价值,因为字符串和切片可以在Go调用C语言函数时马上使用。而其它的类型在C语言环境并无使用的价值,因为CGO并未针对这些类型提供相关的辅助函数,而且因为Go语言特有的内存模型的原因导致我们无法保持这些由Go语言管理的内存指针。
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不过需要注意的是,其中只有字符串和切片在CGO中有一定的使用价值,因为此二者可以在Go调用C语言函数时马上使用;而CGO并未针对其他的类型提供相关的辅助函数,且Go语言特有的内存模型导致我们无法保持这些由Go语言管理的内存指针,所以它们C语言环境并无使用的价值。
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在导出的C语言函数中我们可以直接使用Go字符串和切片。假设有以下两个导出函数:
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@ -90,7 +90,7 @@ extern void helloString(GoString p0);
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extern void helloSlice(GoSlice p0);
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```
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不过需要注意的是,如果使用了GoString类型会对`_cgo_export.h`头文件产生依赖,而这个头文件是动态输出的。更严谨的做法是为C语言函数接口定义严格的头文件,然后基于稳定的头文件实现代码。
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不过需要注意的是,如果使用了GoString类型则会对`_cgo_export.h`头文件产生依赖,而这个头文件是动态输出的。更严谨的做法是为C语言函数接口定义严格的头文件,然后基于稳定的头文件实现代码。
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## 结构体、联合、枚举类型
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@ -115,7 +115,7 @@ func main() {
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}
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```
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如果结构体的成员名字中有的是Go语言的关键字,可以通过在成员名开头添加下划线来访问:
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如果结构体的成员名字中碰巧是Go语言的关键字,可以通过在成员名开头添加下划线来访问:
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```go
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/*
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@ -132,7 +132,7 @@ func main() {
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}
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```
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但是如果有2个成员:一个是以Go语言关键字命名,另一个刚好是以下划线和Go语言关键字命名命名,那么以Go语言关键字命名将无法访问(被屏蔽):
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但是如果有2个成员:一个是以Go语言关键字命名,另一个刚好是以下划线和Go语言关键字命名,那么以Go语言关键字命名的成员将无法访问(被屏蔽):
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```go
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/*
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@ -150,7 +150,7 @@ func main() {
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}
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```
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C语言结构体中位字段对应的成员无法在Go语言中访问,如果需要操作位字段成员,需要通过在C语言中定义辅助函数来完成。对应零长数组的成员,无法在Go语言中直接访问数组的元素。其中零长的数组成员所在位置的偏移量依然可以通过`unsafe.Offsetof(a.arr)`来访问。
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C语言结构体中位字段对应的成员无法在Go语言中访问,如果需要操作位字段成员,需要通过在C语言中定义辅助函数来完成。对应零长数组的成员,无法在Go语言中直接访问数组的元素,但其中零长的数组成员所在位置的偏移量依然可以通过`unsafe.Offsetof(a.arr)`来访问。
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```go
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/*
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@ -199,7 +199,7 @@ func main() {
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}
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```
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如果需要操作C语言的联合类型变量一般有三种方法:第一种是在C语言中定义辅助函数来完成;第二种是通过Go语言的"encoding/binary"手工解码成员,但是需要主要大端小端问题;第三种是使用`unsafe`包强制转型为对应类型后访问,这是性能最好的方式。下面是通过`unsafe`包访问联合类型成员的方式:
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如果需要操作C语言的联合类型变量,一般有三种方法:第一种是在C语言中定义辅助函数;第二种是通过Go语言的"encoding/binary"手工解码成员(需要注意大端小端问题);第三种是使用`unsafe`包强制转型为对应类型(这是性能最好的方式)。下面展示通过`unsafe`包访问联合类型成员的方式:
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```go
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/*
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@ -246,7 +246,7 @@ func main() {
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## 数组、字符串和切片
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在C语言中,数组名其实对应一个指针,指向特定类型特定长度的一段内存,但是这个指针不能被修改;当把数组名传递给一个函数时,实际上传递的是数组第一个元素的地址。为了讨论方便,我们将一段特定长度的内存统称为数组。C语言的字符串是一个char类型的数组,字符串的长度需要根据表示结尾的NULL字符的位置确定。C语言中没有切片类型。
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在C语言中,数组名其实对应于一个指针,指向特定类型特定长度的一段内存,但是这个指针不能被修改;当把数组名传递给一个函数时,实际上传递的是数组第一个元素的地址。为了讨论方便,我们将一段特定长度的内存统称为数组。C语言的字符串是一个char类型的数组,字符串的长度需要根据表示结尾的NULL字符的位置确定。C语言中没有切片类型。
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在Go语言中,数组是一种值类型,而且数组的长度是数组类型的一个部分。Go语言字符串对应一段长度确定的只读byte类型的内存。Go语言的切片则是一个简化版的动态数组。
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@ -280,7 +280,7 @@ func C.GoStringN(*C.char, C.int) string
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func C.GoBytes(unsafe.Pointer, C.int) []byte
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其中`C.CString`针对输入的Go字符串,克隆一个C语言格式的字符串;返回的字符串由C语言的`malloc`函数分配,不需要时可以通过C语言的`free`函数释放。`C.CBytes`函数的功能和`C.CString`类似,用于将输入的Go语言字节切片克隆一个C语言版本的字节数组,返回的C语言数组不需要时可以通过`free`函数释放。`C.GoString`用于将以NULL结尾的C语言字符串克隆一个Go语言字符串。`C.GoStringN`用于将一个字符数组克隆一个Go语言字符串。`C.GoBytes`用于将C语言数组,克隆一个Go语言字节切片。
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其中`C.CString`针对输入的Go字符串,克隆一个C语言格式的字符串;返回的字符串由C语言的`malloc`函数分配,不使用时需要通过C语言的`free`函数释放。`C.CBytes`函数的功能和`C.CString`类似,用于从输入的Go语言字节切片克隆一个C语言版本的字节数组,同样返回的数组需要在合适的时候释放。`C.GoString`用于将从NULL结尾的C语言字符串克隆一个Go语言字符串。`C.GoStringN`是另一个字符数组克隆函数。`C.GoBytes`用于从C语言数组,克隆一个Go语言字节切片。
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该组辅助函数都是以克隆的方式运行。当Go语言字符串和切片向C语言转换时,克隆的内存由C语言的`malloc`函数分配,最终可以通过`free`函数释放。当C语言字符串或数组向Go语言转换时,克隆的内存由Go语言分配管理。通过该组转换函数,转换前和转换后的内存依然在各自的语言环境中,它们并没有跨越Go语言和C语言。克隆方式实现转换的优点是接口和内存管理都很简单,缺点是克隆需要分配新的内存和复制操作都会导致额外的开销。
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@ -351,7 +351,7 @@ typedef struct { void *data; GoInt len; GoInt cap; } GoSlice;
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## 指针和切片
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C语言和Go语言指针的转换可以看做是两中不同类型的指针之间的转换。在Go语言中我们无法在不同类型之间做转换,不同类型的指针也是由此限制。但是任意类型的指针均可以和`unsafe.Pointer`相互转换,我们可以以`unsafe.Pointer`作为中间桥接类型实现不同类型指针之间的转换。
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C语言和Go语言指针的转换可以看做是两种不同类型的指针之间的转换。在Go语言中我们无法在不同类型之间做转换,因此不同类型的指针之间也存在此限制。由于任意类型的指针均可和`unsafe.Pointer`相互转换,所以我们可以以`unsafe.Pointer`作为中间桥接类型实现不同类型指针之间的转换。
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```go
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var p *X
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@ -375,6 +375,6 @@ pHdr.Len = qHdr.Len * unsafe.Sizeof(q[0]) / unsafe.Sizeof(p[0])
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pHdr.Cap = qHdr.Cap * unsafe.Sizeof(q[0]) / unsafe.Sizeof(p[0])
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如果X和Y类型的大小不同,需要重新即使Len和Cap属性。需要注意的是,如果X或Y是空类型,上述代码中可能导致除0的问题,实际代码需要根据情况酌情处理。
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如果X和Y类型的大小不同,需要重新设置Len和Cap属性。需要注意的是,如果X或Y是空类型,上述代码中可能导致除0错误,实际代码需要根据情况酌情处理。
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针对CGO中常用的功能,作者封装了 "github.com/chai2010/cgo" 包,提供基本的转换功能,具体的细节可以参考实现代码。
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