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@ -1,10 +1,10 @@
# 2.2. 基础类型转换
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。
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。
## 数值类型
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`
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`
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。
@ -25,9 +25,9 @@ float | C.float | float32
double | C.double | float64
size_t | C.size_t | uint
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``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。
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在CGO中它们的内存大小是确定的。在CGO中C语言的`int``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。
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``uint`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``GoUint`类型分别对应`GoInt64``GoUint64`
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``uint`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``GoUint`类型分别对应`GoInt64``GoUint64`
```c
typedef signed char GoInt8;
@ -44,7 +44,7 @@ typedef float GoFloat32;
typedef double GoFloat64;
```
除了`GoInt``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。`<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。
除了`GoInt``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`<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。
C语言类型 | CGO类型 | Go语言类型
-------- | ---------- | ---------
@ -57,11 +57,11 @@ uint32_t | C.uint32_t | uint32
int64_t | C.int64_t | int64
uint64_t | C.uint64_t | uint64
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`关键字提一个规则的类型命名这样更利于在CGO中访问。
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`关键字提一个规则的类型命名这样更利于在CGO中访问。
## Go 字符串和切片
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
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
```c
typedef struct { const char *p; GoInt n; } GoString;
@ -71,7 +71,7 @@ typedef struct { void *t; void *v; } GoInterface;
typedef struct { void *data; GoInt len; GoInt cap; } GoSlice;
```
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。
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
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
@ -90,7 +90,7 @@ extern void helloString(GoString p0);
extern void helloSlice(GoSlice p0);
```
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。
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。
## 结构体、联合、枚举类型
@ -115,7 +115,7 @@ func main() {
}
```
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
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
```go
/*
@ -132,7 +132,7 @@ func main() {
}
```
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
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):
```go
/*
@ -150,7 +150,7 @@ func main() {
}
```
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。
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。
```go
/*
@ -199,7 +199,7 @@ func main() {
}
```
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:
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:
```go
/*
@ -246,7 +246,7 @@ func main() {
## 数组、字符串和切片
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。
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。
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。
@ -280,7 +280,7 @@ func C.GoStringN(*C.char, C.int) string
func C.GoBytes(unsafe.Pointer, C.int) []byte
```
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。
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。
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。
@ -351,7 +351,7 @@ typedef struct { void *data; GoInt len; GoInt cap; } GoSlice;
## 指针和切片
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。
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。
```go
var p *X
@ -375,6 +375,6 @@ pHdr.Len = qHdr.Len * unsafe.Sizeof(q[0]) / unsafe.Sizeof(p[0])
pHdr.Cap = qHdr.Cap * unsafe.Sizeof(q[0]) / unsafe.Sizeof(p[0])
```
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。
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。
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。