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# 2.1 快速入门
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本节我们将通过一系列由浅入深的小例子来快速掌握CGO的基本用法。
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## 2.1.1 最简CGO程序
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真实的CGO程序一般都比较复杂。不过我们可以由浅入深，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，首先要忽视一些复杂的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：
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```go
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// hello.go
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package main
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import "C"
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func main() {
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println("hello cgo")
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}
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```
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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。
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## 2.1.2 基于C标准库函数输出字符串
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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：
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```go
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// hello.go
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package main
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//#include <stdio.h>
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import "C"
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func main() {
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C.puts(C.CString("Hello, World\n"))
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}
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```
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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CGO包的`C.puts`函数向标准输出窗口打印转换后的C字符串。
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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。
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没有释放使用`C.CString`创建的C语言字符串会导致内存泄漏。但是对于这个小程序来说，这样是没有问题的，因为程序退出后操作系统会自动回收程序的所有资源。
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## 2.1.3 使用自己的C函数
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前面我们使用了标准库中已有的函数。现在我们先自定义一个叫`SayHello`的C函数来实现打印，然后从Go语言环境中调用这个`SayHello`函数：
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```go
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// hello.go
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package main
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/*
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#include <stdio.h>
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static void SayHello(const char* s) {
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puts(s);
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}
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*/
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import "C"
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func main() {
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C.SayHello(C.CString("Hello, World\n"))
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}
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```
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除了`SayHello`函数是我们自己实现的之外，其它的部分和前面的例子基本相似。
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我们也可以将`SayHello`函数放到当前目录下的一个C语言源文件中（后缀名必须是`.c`）。因为是编写在独立的C文件中，为了允许外部引用，所以需要去掉函数的`static`修饰符。
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```c
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// hello.c
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#include <stdio.h>
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void SayHello(const char* s) {
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puts(s);
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}
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```
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然后在CGO部分先声明`SayHello`函数，其它部分不变：
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```go
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// hello.go
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package main
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//void SayHello(const char* s);
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import "C"
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func main() {
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C.SayHello(C.CString("Hello, World\n"))
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}
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```
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注意，如果之前运行的命令是`go run hello.go`或`go build hello.go`的话，此处须使用`go run "your/package"`或`go build "your/package"`才可以。若本就在包路径下的话，也可以直接运行`go run .`或`go build`。
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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。
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## 2.1.4 C代码的模块化
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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）。
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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：
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```c
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// hello.h
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void SayHello(const char* s);
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```
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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，而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：
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```c
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// hello.c
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#include "hello.h"
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#include <stdio.h>
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void SayHello(const char* s) {
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puts(s);
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}
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```
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在hello.c文件的开头，实现者通过`#include "hello.h"`语句包含SayHello函数的声明，这样可以保证函数的实现满足模块对外公开的接口。
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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：
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```c++
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// hello.cpp
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#include <iostream>
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extern "C" {
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#include "hello.h"
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}
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void SayHello(const char* s) {
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std::cout << s;
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}
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```
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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语言的规则。
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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。
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## 2.1.5 用Go重新实现C函数
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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：
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```c
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// hello.h
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void SayHello(/*const*/ char* s);
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```
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现在我们创建一个hello.go文件，用Go语言重新实现C语言接口的SayHello函数:
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```go
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// hello.go
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package main
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import "C"
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import "fmt"
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//export SayHello
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func SayHello(s *C.char) {
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fmt.Print(C.GoString(s))
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}
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```
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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。需要注意的是，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。
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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）：
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```go
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package main
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//#include <hello.h>
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import "C"
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func main() {
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C.SayHello(C.CString("Hello, World\n"))
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}
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```
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一切似乎都回到了开始的CGO代码，但是代码内涵更丰富了。
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## 2.1.6 面向C接口的Go编程
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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。
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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：
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```go
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package main
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//void SayHello(char* s);
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import "C"
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import (
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"fmt"
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)
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func main() {
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C.SayHello(C.CString("Hello, World\n"))
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}
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//export SayHello
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func SayHello(s *C.char) {
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fmt.Print(C.GoString(s))
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}
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```
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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：
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```go
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// +build go1.10
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package main
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//void SayHello(_GoString_ s);
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import "C"
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import (
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"fmt"
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)
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func main() {
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C.SayHello("Hello, World\n")
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}
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//export SayHello
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func SayHello(s string) {
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fmt.Print(s)
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}
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```
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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。
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*思考题: main函数和SayHello函数是否在同一个Goroutine里执行？*
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