ch2.1: 回炉重炼

ch2-cgo/ch2-01-hello-cgo.md

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 # 2.1. 快速入门
 
-在第一章的“Hello, World 的革命”一节中，我们已经见过一个CGO程序。这一节我们将重新给出三个版本的CGO实现，来简单展示CGO的用法。
+在第一章的“Hello, World 的革命”一节中，我们已经见过一个CGO程序。本节我们将通过由浅入深的一系列小例子来快速掌握CGO的基本用法。
 
-## 基于C标准库
+## 最简CGO程序
+
+真实的CGO程序一般都比较复杂。不过我们可以反其道而行之，一个最简的CGO程序该是什么样的呢？要构造一个最简CGO程序，首先要去掉一起复杂的CGO特性，同时要展示CGO程序和纯Go程序的差别来。下面是我们构建的最简CGO程序：
+
+```go
+import "C"
+
+func main() {
+	println("hello cgo")
+}
+```
+
+代码通过`import "C"`语句启用CGO特性，主函数只是通过Go内置的println函数输出字符串，其中并没有任何和CGO相关的代码。虽然没有调用CGO的相关函数，但是go build命令会在编译和链接阶段启动gcc编译器，这已经是一个完整的CGO程序了。
+
+## 基于C标准库函数输出字符串
 
 第一章那个CGO程序还不够简单，我们现在来看看更简单的版本：
 
@@ -17,7 +31,7 @@ func main() {
 }
 ```
 
-我们通过`import "C"`语句启用CGO特性，同时包含C语言的`<stdio.h>`头文件。然后通过CGO包的`C.CString`函数将Go语言字符串转为C语言字符串，最后调用C语言的`C.puts`函数向标准输出窗口打印转换后的C字符串。
+我们不仅仅通过`import "C"`语句启用CGO特性，同时包含C语言的`<stdio.h>`头文件。然后通过CGO包的`C.CString`函数将Go语言字符串转为C语言字符串，最后调用C语言的`C.puts`函数向标准输出窗口打印转换后的C字符串。
 
 相比“Hello, World 的革命”一节中的CGO程序最大的不同是：我们没有在程序退出前释放`C.CString`创建的C语言字符串；还有我们改用`puts`函数直接向标准输出打印，之前是采用`fputs`向标准输出打印。
 
@@ -73,39 +87,95 @@ func main() {
 
 既然`SayHello`函数已经放到独立的C文件中了，我们自然可以将对应的C文件编译打包为静态库或动态库文件供使用。如果是以静态库或动态库方式引用`SayHello`函数的话，需要将对应的C源文件移出当前目录（CGO构建程序会自动构建当前目录下的C源文件，从而导致C函数名冲突）。关于静态库等细节将在稍后章节讲解。
 
-## 用Go来实现C函数
+## C代码的模块化
 
-其实CGO不仅仅用于Go语言中调用C语言函数，还可以用于导出Go语言函数给C语言函数调用。
+在编程过程中，抽象和模块化是将复杂问题简化的通用手段。当代码语句变多时，我们可以将相似的代码封装到一个个函数中；当程序中的函数变多时，我们将函数拆分到不同的文件或模块中。而模块化编程的核心是面向程序接口编程（这里的接口并不是Go语言的interface，而是API的概念）。
+
+在前面的例子中，我们可以抽象一个名为hello的模块，模块的全部接口函数都在hello.h头文件定义：
+
+```c
+// hello.h
+void SayHello(const char* s);
+```
+
+其中只有一个SayHello函数的声明。但是作为hello模块的用户来说，就可以放心地使用SayHello函数，二无需关心函数的具体实现。而作为SayHello函数的实现者来说，函数的实现只要满足头文件中函数的声明的规范即可。下面是SayHello函数的C语言实现，对应hello.c文件：
+
+```c
+// hello.c
+
+#include "hello.h"
+
+void SayHello(const char* s) {
+	puts(s);
+}
+```
+
+在hello.c文件的开头，实现者通过`#include "hello.h"`语句包含SayHello函数声明的签名，这样可以保证函数的实现满足模块对外公开的接口。
+
+接口文件hello.h是hello模块的实现者和使用者共同的约定，但是该约定并没有要求必须使用C语言来实现SayHello函数。我们也可以用C++语言来重新实现这个C语言函数：
+
+```c++
+// hello.cpp
+
+#include <iostream>
+
+extern "C" {
+	#include "hello.h"
+}
+
+void SayHello(const char* s) {
+	std::cout << s;
+}
+```
+
+在C++版本的SayHello函数实现中，我们通过C++特有的`std::cout`输出流输出字符串。不过为了保证C++语言实现的SayHello函数满足C语言头文件hello.h定义的函数规范，我们需要通过`extern "C"`语句指示该函数的链接符号遵循C语言的名字修身规则。
+
+在采用面向C语言API接口编程之后，我们彻底解放了模块实现者的语言枷锁：实现者可以用任何编程语言实现模块，只要最终满足公开的API约定即可。我们可以用C语言实现SayHello函数，也可以使用更复杂的C++语言来实现SayHello函数，当然我们也可以用汇编语言甚至Go语言来重新实现SayHello函数。
+
+
+## 用Go重新实现C函数
+
+其实CGO不仅仅用于Go语言中调用C语言函数，还可以用于导出Go语言函数给C语言函数调用。在前面的例子中，我们已经抽象一个名为hello的模块，模块的全部接口函数都在hello.h头文件定义：
+
+```c
+// hello.h
+void SayHello(/*const*/ char* s);
+```
+
+现在我们创建一个hello.go文件来用Go语言重新实现C语言接口的SayHello函数:
+
+```go
+// hello.go
+package main
+
+//export SayHello
+func SayHello(s *C.char) {
+	fmt.Print(C.GoString(s))
+}
+```
+
+我们通过CGO的`//export SayHello`指令将Go语言实现的函数`SayHello`导出为C语言函数。为了适配CGO导出的C语言函数，我们禁止了在函数的声明语句中的const修饰符。需要主要的是，这里其实有两个版本的`SayHello`函数：一个Go语言环境的；另一个是C语言环境的。cgo生成的C语言版本SayHello函数最终会通过桥接代码调用Go语言版本的SayHello函数。
+
+通过面向C语言接口的编程技术，我们不仅仅解放了函数的实现者，同时也简化的函数的使用者。现在我们可以将SayHello当作一个标准库的函数使用（和puts函数的使用方式类似）：
 
 ```go
 package main
 
-/*
-#include <stdio.h>
-
-void cgoPuts(char* s);
-
-static void SayHello(const char* s) {
-	cgoPuts((char*)(s));
-}
-*/
+//#include <hello.h>
 import "C"
 
 func main() {
 	C.SayHello(C.CString("Hello, World\n"))
 }
-
-//export cgoPuts
-func cgoPuts(s *C.char) {
-	fmt.Print(C.GoString(s))
-}
 ```
 
-我们通过CGO的`//export cgoPuts`指令将Go语言实现的函数`cgoPuts`导出给C语言函数使用。然后在C语言版本的`SayHello`函数中，用`cgoPuts`替换之前的`puts`函数调用。在使用之前，同样要先声明`cgoPuts`函数。
+一切似乎都回到了开始的CGO代码，但是代码内涵更丰富了。
 
-需要主要的是，这里其实有两个版本的`cgoPuts`函数：一个Go语言环境的；另一个是C语言环境的。在C语言环境中，`SayHello`调用的也是C语言环境的`cgoPuts`函数；这是CGO自动生成的桥接函数，内部会调用Go语言环境的`cgoPuts`函数。因此，我们也可以直接在Go语言环境中调用C语言环境的`cgoPuts`函数。
+## 面向C接口的Go编程
 
-现在我们可以改用Go语言重新实现C语言接口的`SayHello`函数，然后在`main`函数中还是和之前一样调用`C.SayHello`实现输出：
+在开始的例子中，我们的全部CGO代码都在一个Go文件中。然后，通过面向C接口编程的技术将SayHello分别拆分到不同的C文件，而main依然是Go文件。再然后，是用Go函数重新实现了C语言接口的SayHello函数。但是对于目前的例子来说只有一个函数，要拆分到三个不同的文件确实有些繁琐了。
+
+正所谓合久必分、分久必合，我们现在尝试将例子中的几个文件重新合并到一个Go文件。下面是合并后的成果：
 
 ```go
 package main
@@ -127,8 +197,7 @@ func SayHello(s *C.char) {
 }
 ```
 
-
-现在中国版本的CGO代码中C语言代码的比例已经很少了，但是我们依然可以进一步以Go语言的思维来提炼我们的CGO代码。通过分析可以发现`SayHello`函数的参数如果可以直接使用Go字符串是最直接的。在Go1.10中CGO新增加了一个`_GoString_`预定义的C语言类型，用来表示Go语言字符串。下面是改进后的代码：
+现在版本的CGO代码中C语言代码的比例已经很少了，但是我们依然可以进一步以Go语言的思维来提炼我们的CGO代码。通过分析可以发现`SayHello`函数的参数如果可以直接使用Go字符串是最直接的。在Go1.10中CGO新增加了一个`_GoString_`预定义的C语言类型，用来表示Go语言字符串。下面是改进后的代码：
 
 ```go
 // +build go1.10
@@ -152,7 +221,6 @@ func SayHello(s string) {
 }
 ```
 
-虽然看起来全部是Go语言代码，但是执行的时候是先从Go语言的`main`函数，到CGO自动生成的C语言版本`SayHello`桥接函数，最后又回到了Go语言环境的`SayHello`函数。虽然看起来有点绕，但CGO确实是这样运行的。
+虽然看起来全部是Go语言代码，但是执行的时候是先从Go语言的`main`函数，到CGO自动生成的C语言版本`SayHello`桥接函数，最后又回到了Go语言环境的`SayHello`函数。这个代码包含了CGO编程的精华，读者需要深入理解。
 
-
-需要注意的是，CGO导出Go语言函数时，函数参数中不再支持C语言中`const`修饰符。
+思考题: main函数和SayHello函数是否在同一个Goroutine只执行？