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2.5. 内部机制
对于刚刚接触CGO用户来说，CGO的很多特性类似魔法。CGO特性主要是通过一个叫cgo的命令行工具来辅助输出Go和C之间的桥接代码。本节我们尝试从生成的代码分析Go语言和C语言函数直接相互调用的流程。
CGO生成的中间文件
要了解CGO技术的底层秘密首先需要了解CGO生成了哪些中间文件。我们可以在构建一个cgo包时增加一个-work输出中间生成文件所在的目录并且在构建完成时保留中间文件。如果是比较简单的cgo代码我们也可以直接通过手工调用go tool cgo命令来查看生成的中间文件。
在一个Go源文件中，如果出现了import "C"指令则表示将调用cgo命令生成对应的中间文件。下图是cgo生成的中间文件的简单示意图：
包中有4个Go文件，其中nocgo开头的文件中没有import "C"指令，其它的2个文件则包含了cgo代码。cgo命令会为每个包含了cgo代码的Go文件创建2个中间文件，比如 main.go 会分别创建 main.cgo1.go 和 main.cgo2.c 两个中间文件。然后会为整个包创建一个 _cgo_gotypes.go Go文件，其中包含Go语言部分辅助代码。此外还会创建一个 _cgo_export.h 和 _cgo_export.c 文件，对应Go语言导出到C语言的类型和函数。
Go调用C函数
Go调用C函数是CGO最常见的应用场景，我们将从最简单的例子入手分析Go调用C函数的详细流程。
具体代码如下（main.go）：
package main
//int sum(int a, int b) { return a+b; }
import "C"
func main() {
println(C.sum(1, 1))
}
首先构建并运行该例子没有错误。然后通过cgo命令行工具在_obj目录生成中间文件：
$ go tool cgo main.go
查看_obj目录生成中间文件：
$ ls _obj | awk '{print $NF}'
_cgo_.o
_cgo_export.c
_cgo_export.h
_cgo_flags
_cgo_gotypes.go
_cgo_main.c
main.cgo1.go
main.cgo2.c
其中_cgo_.o、_cgo_flags和_cgo_main.c文件和我们的代码没有直接的逻辑关联，可以暂时忽略。
我们先查看main.cgo1.go文件，它是main.go文件展开虚拟C包相关函数和变量后的Go代码：
package main
//int sum(int a, int b) { return a+b; }
import _ "unsafe"
func main() {
println((_Cfunc_sum)(1, 1))
}
其中C.sum(1, 1)函数调用被替换成了(_Cfunc_sum)(1, 1)。每一个C.xxx形式的函数都会被替换为_Cfunc_xxx格式的纯Go函数，其中前缀_Cfunc_表示这是一个C函数，对应一个私有的Go桥接函数。
_Cfunc_sum函数在cgo生成的_cgo_gotypes.go文件中定义：
//go:cgo_unsafe_args
func _Cfunc_sum(p0 _Ctype_int, p1 _Ctype_int) (r1 _Ctype_int) {
_cgo_runtime_cgocall(_cgo_506f45f9fa85_Cfunc_sum, uintptr(unsafe.Pointer(&p0)))
if _Cgo_always_false {
_Cgo_use(p0)
_Cgo_use(p1)
}
return
}
_Cfunc_sum函数的参数和返回值_Ctype_int类型对应C.int类型，命名的规则和_Cfunc_xxx类似，不同的前缀用于区分函数和类型。
其中_cgo_runtime_cgocall对应runtime.cgocall函数，函数的声明如下：
func runtime.cgocall(fn, arg unsafe.Pointer) int32
第一个参数是C语言函数的地址，第二个参数是存放C语言函数对应的参数结构体的地址。
在这个例子中，被传入C语言函数_cgo_506f45f9fa85_Cfunc_sum也是cgo生成的中间函数。函数在main.cgo2.c定义：
void _cgo_506f45f9fa85_Cfunc_sum(void *v) {
struct {
int p0;
int p1;
int r;
char __pad12[4];
} __attribute__((__packed__)) *a = v;
char *stktop = _cgo_topofstack();
__typeof__(a->r) r;
_cgo_tsan_acquire();
r = sum(a->p0, a->p1);
_cgo_tsan_release();
a = (void*)((char*)a + (_cgo_topofstack() - stktop));
a->r = r;
}
这个函数参数只有一个void范型的指针，函数没有返回值。真实的sum函数的函数参数和返回值均通过唯一的参数指针类实现。
_cgo_506f45f9fa85_Cfunc_sum函数的指针指向的结构为：
struct {
int p0;
int p1;
int r;
char __pad12[4];
} __attribute__((__packed__)) *a = v;
其中p0成员对应sum的第一个参数，p1成员对应sum的第二个参数，r成员，__pad12用于填充结构体保证对齐CPU机器字的整倍数。
然后从参数指向的结构体获取调用参数后开始调用真实的C语言版sum函数，并且将返回值保持到结构体内返回值对应的成员。
因为Go语言和C语言有着不同的内存模型和函数调用规范。其中_cgo_topofstack函数相关的代码用于C函数调用后恢复调用栈。_cgo_tsan_acquire和_cgo_tsan_release则是用于扫描CGO相关的函数则是对CGO相关函数的指针做相关检查。
C.sum的整个调用流程图如下：
其中runtime.cgocall函数是实现Go语言到C语言函数跨界调用的关键。更详细的细节可以参考 https://golang.org/src/cmd/cgo/doc.go 内部的代码注释和 runtime.cgocall 函数的实现。
C调用Go函数
TODO