CGO 初步认知和基本数据类型转换

CGO 是什么？

CGO 是 GO 语言里面的一个特性，CGO 属于 GOLANG 的高级用法，主要是通过使用 GOLANG 调用 CLANG 实现的程序库

使用

我们可以使用

import "C" 来使用 CGO 这个特性

一个最简单的 CGO 使用

package main


//#include 
import "C"

func main(){
	C.puts(C.CString("Hello, Cgo\n"))
}
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import "C" 的上方可以写需要导入的库 C 库，需要注释起来，CGO 会将此处的注释内容当做 C 的代码，被称为序文（preamble）

上述代码的功能解释

使用 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

使用 go build -x main.go 编译一下

加上 -x 可以打印出编译过程中执行的指令

# go build -x main.go
WORK=/tmp/go-build594331603
mkdir -p $WORK/b001/
cat >$WORK/b001/importcfg.link << 'EOF' # internal
packagefile command-line-arguments=/root/.cache/go-build/fb/fbb37eeb6735cb453f6d92e2e3f46f14d9dceb5baa1cdd10aae11d1d47d60e55-d
packagefile runtime/cgo=/usr/local/go/pkg/linux_amd64/runtime/cgo.a
packagefile syscall=/usr/local/go/pkg/linux_amd64/syscall.a
packagefile runtime=/usr/local/go/pkg/linux_amd64/runtime.a
packagefile errors=/usr/local/go/pkg/linux_amd64/errors.a
packagefile internal/bytealg=/usr/local/go/pkg/linux_amd64/internal/bytealg.a
packagefile internal/oserror=/usr/local/go/pkg/linux_amd64/internal/oserror.a
packagefile internal/race=/usr/local/go/pkg/linux_amd64/internal/race.a
packagefile internal/unsafeheader=/usr/local/go/pkg/linux_amd64/internal/unsafeheader.a
packagefile sync=/usr/local/go/pkg/linux_amd64/sync.a
packagefile internal/cpu=/usr/local/go/pkg/linux_amd64/internal/cpu.a
packagefile runtime/internal/atomic=/usr/local/go/pkg/linux_amd64/runtime/internal/atomic.a
packagefile runtime/internal/math=/usr/local/go/pkg/linux_amd64/runtime/internal/math.a
packagefile runtime/internal/sys=/usr/local/go/pkg/linux_amd64/runtime/internal/sys.a
packagefile internal/reflectlite=/usr/local/go/pkg/linux_amd64/internal/reflectlite.a
packagefile sync/atomic=/usr/local/go/pkg/linux_amd64/sync/atomic.a
EOF
mkdir -p $WORK/b001/exe/
cd .
/usr/local/go/pkg/tool/linux_amd64/link -o $WORK/b001/exe/a.out -importcfg $WORK/b001/importcfg.link -buildmode=exe -buildid=Vv0to6CWqbWf5_KTN66F/K36AEO-x4qJ_LJbz5wgG/HVbBbLSaW0sTSwlN8TzN/Vv0to6CWqbWf5_KTN66F -extld=gcc /root/.cache/go-build/fb/fbb37eeb6735cb453f6d92e2e3f46f14d9dceb5baa1cdd10aae11d1d47d60e55-d
/usr/local/go/pkg/tool/linux_amd64/buildid -w $WORK/b001/exe/a.out # internal
mv $WORK/b001/exe/a.out main
rm -r $WORK/b001/

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尝试自己写一个 C 函数，让 GO 来调用他

Go语言环境中调用这个 SayHello 函数

package main

/*
#include 

static void SayHello(const char* s) {
    puts(s);
}
*/
import "C"

func main(){
	C.SayHello(C.CString("hello xiaomotong study cgo\n"))
}

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尝试自己写一个 C 文件，然后 GO 中进行导入和调用

xmtC.h

void SayHi(const char * str);
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xmtC.c

(必须是同级目录下的 .c 文件，cgo 使用 go build 编译的时候，会默认在同级目录下找.c文件进行编译，如果咱们是需要将 C 文件做成静态库 或者 动态库的方式，那么就不要将 C 的源码文件放到同级目录下了，避免重名)

#include 
#include "xmtC.h"

void SayHi(const char * str){
    puts(str);
}
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main.go

package main

//void SayHi(const char * str);
import "C"

func main(){
	C.SayHi(C.CString("hello xiaomotong study cgo\n"))
}
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直接运行go build进行编译，运行可执行程序即可

# go build
# ls
cgo  main.go  xmtC.c
# ./cgo
hello xiaomotong study cgo
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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 SayHi 当作一个标准库的函数使用（和puts函数的使用方式类似）

咱们也可以在 go 文件中写成这个样子

package main

//#include 
import "C"

func main(){
	C.SayHi(C.CString("hello xiaomotong study cgo\n"))
}
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合并 C 和 GO 的代码

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

// +build go1.10

package main

//void SayHi(_GoString_ s);
import "C"

import (
	"fmt"
)

func main() {
	C.SayHi("hello xiaomotong study cgo\n")
}

//export SayHi
func SayHi(s string) {
	fmt.Print(s)
}
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上述代码的具体执行逻辑顺序是这样的：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-9ynH1W4H-1659626343404)(https://p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/f70064ec5d9d4b1b9ec0ce5579f8d35f~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image)]

CGO 环境

使用 CGO 需要一定的环境环境支持

• linux 下 需要有 gcc/g++ 的编译环境
• windows 下需要有 MinGW 工具
• 需要把 GO 的环境变量 CGO_ENABLED 置位 1

上述的例子中，我们有几个需要注意的点：

• import "C" 语句不能和其他的 import 语句放在一起，需要单独一行放置

• 上述我们在GO里面传递的值，例如 C.CString("hello xiaomotong study cgo\n") 是调用了 C 的虚拟包，将字符串转换成 C 的字符串传入进去

• Go是强类型语言

  所以 cgo 中传递的参数类型必须与声明的类型完全一致，而且传递前必须用 ”C” 中的转化函数转换成对应的C类型，不能直接传入Go中类型的变量

  通过虚拟的 C 包导入的C语言符号并不需要是大写字母开头，它们不受Go语言的导出规则约束

#cgo 用法

我们可以使用 #cgo 语句设置编译阶段和链接阶段的相关参数

• 编译阶段的参数

主要用于定义相关宏和指定头文件检索路径

• 链接阶段的参数

主要是指定库文件检索路径和要链接的库文件

例如我们可以这样

// #cgo CFLAGS: -DPNG_DEBUG=1 -I./include
// #cgo LDFLAGS: -L/usr/local/lib -lpng
// #include 
import "C"
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CFLAGS

• -DPNG_DEBUG

定义宏 PNG_DEBUG ，设置为 1

• -I

定义头文件的检索目录是 ./include

LDFLAGS

• -L

指定链接时库文件检索目录 ，可以通过写 ${SRCDIR}来表示当前包的绝对路径

• -l

指定链接时需要的库，此处是 png 库

条件编译 build tag

就是在我们 go build 的时候，添加一些条件参数，当然这个条件参数在对应的文件中是需要有的，

例如上述我们使用 Go1.10 的时候，就在文件中添加了 // +build go1.10

我们可以这样用：

go build -tags="debug"
go build -tags="debug test"
go build -tags="linux,386"
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go build 的时候加上 -tags 参数，若有多个我们可以一起写，用空格间隔，表示 或，用逗号间隔表示与

GO 和 C 数据类型相互转换

cgo 官方提供了如下的数据类型转换：

需要注意 3 个点：

• 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

• CGO 中，C 语言的int固定为4字节的大小 ， GO 语言的 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

• 例如数据类型中间有空格，unsigned int 不能直接通过 C.unsigned int 访问，可以使用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

字符串和切片类型

CGO生成的 _cgo_export.h 头文件中有 GO 里面字符串，切片，通道，字典，接口等数据类型对应的表示方式，但是我们一般使用有价值的就是字符串和切片了

因为 CGO 没有提供其他数据类型的辅助函数

typedef struct { const char *p; GoInt n; } GoString;
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咱们导出函数的时候可以这样写：

使用 _GoString_预定义类型，这样写可以降低在 cgo 代码中可能对 _cgo_export.h 头文件产生的循环依赖的风险

_GoString_ 是 Go1.10 针对 Go 专门加的字符

extern void helloString(_GoString_ p0);
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我们可以使用官方提供的函数计算字符串的长度 和 获取字符串的地址：

size_t _GoStringLen(_GoString_ s);
const char *_GoStringPtr(_GoString_ s);
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struct ，union，enum

GO 语言中访问 C 语言的 struct ，union，enum，可以查看下表的对应关系

**对于结构体 struct **

结构体的内存布局按照 C 语言的通用对齐规则

在32位Go语言环境 C 语言结构体也按照32位对齐规则，在64位Go语言环境按照64位的对齐规则

对于指定了特殊对齐规则的结构体，无法在 CGO 中访问

GO 中可以这样访问 C 的结构体

package main

/*
struct struct_TEST {
    int i;
    float f;
};
*/
import "C"
import "fmt"

func main() {
	var a C.struct_TEST
	a.i = 1
	a.f = 2

	fmt.Println(a.i)
	fmt.Println(a.f)
}

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需要注意如下 2 个大点：

• 结构体成员的名字和 GO 中关键字的名字一样咋处理

例如上述结构体成员名字是这样的

struct struct_TEST {
    int type;
    float f;
};
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那么我们访问 type 的时候，可以这样访问a._type 即可

若结构体是这样的呢？

struct struct_TEST {
    int type;
    float _type;
};
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我们访问的时候仍然是这样访问， a._type ，不过实际访问到的是 float _type; ，通过 GO 就没有办法访问到 int type;

GO 中也无法访问 C 中的 零长数组 和 位字段，例如

struct struct_TEST {
	int   size: 10; // 位字段无法访问
    float arr[];    // 零长的数组无法访问
};
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• 在 C 语言中，无法直接访问 Go 语言定义的结构体类型

对于枚举 enum

枚举类型底层对应int类型，支持负数类型的值 ， 我们可以直接使用 C.xx 来进行访问

例如枚举类型为：

enum TEST {
    ONE,
    TWO,
};
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使用这个类型我们可以用 c C.enum_TEST

给这个变量复制的时候，我们可以这样做：c = C.ONE

对于联合体 union

Go 语言中并不支持 C 语言联合类型，它们会被转为对应大小的字节数组

例如

union B1 {
    int i;
    float f;
};
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union B1 会被转换成为 4 个字节大小的 字节数组 [4]uint8

GO 中操作联合体变量有 3 种方式：

• 在C语言中定义辅助函数
• Go语言的 encoding/binary 手工解码成员**(需要注意大端小端问题)**
• 使用unsafe包强制转型为对应类型

举个例子

package main

/*
#include 

union TEST {
    int i;
    float f;
};
*/
import "C"
import (
	"fmt"
	"unsafe"
)

func main() {
	var b C.union_TEST

	*(*C.int)(unsafe.Pointer(&b)) = 1

	fmt.Println("b.i:", *(*C.int)(unsafe.Pointer(&b)))
	fmt.Println("b.f:", *(*C.float)(unsafe.Pointer(&b)))
}
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我们读取和写入联合体变量的时候，使用 unsafe 包性能是最好的，通过unsafe 获取指针，然后转成对应的数据类型的指针即可

参考资料：

GO 高级编程

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好了，本次就到这里

技术是开放的，我们的心态，更应是开放的。拥抱变化，向阳而生，努力向前行。

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