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2.4 函數(shù)調(diào)用

函數(shù)是 C 語言編程的核心，通過 CGO 技術(shù)我們不僅僅可以在 Go 語言中調(diào)用 C 語言函數(shù)，也可以將 Go 語言函數(shù)導(dǎo)出為 C 語言函數(shù)。

2.4.1 Go 調(diào)用 C 函數(shù)

對于一個(gè)啟用 CGO 特性的程序，CGO 會(huì)構(gòu)造一個(gè)虛擬的 C 包。通過這個(gè)虛擬的 C 包可以調(diào)用 C 語言函數(shù)。

/*
static int add(int a, int b) {
    return a+b;
}
*/
import "C"

func main() {
    C.add(1, 1)
}

以上的 CGO 代碼首先定義了一個(gè)當(dāng)前文件內(nèi)可見的 add 函數(shù)，然后通過 C.add。

2.4.2 C 函數(shù)的返回值

對于有返回值的 C 函數(shù)，我們可以正常獲取返回值。

/*
static int div(int a, int b) {
    return a/b;
}
*/
import "C"
import "fmt"

func main() {
    v := C.div(6, 3)
    fmt.Println(v)
}

上面的 div 函數(shù)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)整數(shù)除法的運(yùn)算，然后通過返回值返回除法的結(jié)果。

不過對于除數(shù)為 0 的情形并沒有做特殊處理。如果希望在除數(shù)為 0 的時(shí)候返回一個(gè)錯(cuò)誤，其他時(shí)候返回正常的結(jié)果。因?yàn)?C 語言不支持返回多個(gè)結(jié)果，因此 <errno.h> 標(biāo)準(zhǔn)庫提供了一個(gè) errno 宏用于返回錯(cuò)誤狀態(tài)。我們可以近似地將 errno 看成一個(gè)線程安全的全局變量，可以用于記錄最近一次錯(cuò)誤的狀態(tài)碼。

改進(jìn)后的 div 函數(shù)實(shí)現(xiàn)如下：

#include <errno.h>

int div(int a, int b) {
    if(b == 0) {
        errno = EINVAL;
        return 0;
    }
    return a/b;
}

CGO 也針對 <errno.h> 標(biāo)準(zhǔn)庫的 errno 宏做的特殊支持：在 CGO 調(diào)用 C 函數(shù)時(shí)如果有兩個(gè)返回值，那么第二個(gè)返回值將對應(yīng) errno 錯(cuò)誤狀態(tài)。

/*
#include <errno.h>

static int div(int a, int b) {
    if(b == 0) {
        errno = EINVAL;
        return 0;
    }
    return a/b;
}
*/
import "C"
import "fmt"

func main() {
    v0, err0 := C.div(2, 1)
    fmt.Println(v0, err0)

    v1, err1 := C.div(1, 0)
    fmt.Println(v1, err1)
}

運(yùn)行這個(gè)代碼將會(huì)產(chǎn)生以下輸出：

2 <nil>
0 invalid argument

我們可以近似地將 div 函數(shù)看作為以下類型的函數(shù)：

func C.div(a, b C.int) (C.int, [error])

第二個(gè)返回值是可忽略的 error 接口類型，底層對應(yīng) syscall.Errno 錯(cuò)誤類型。

2.4.3 void 函數(shù)的返回值

C 語言函數(shù)還有一種沒有返回值類型的函數(shù)，用 void 表示返回值類型。一般情況下，我們無法獲取 void 類型函數(shù)的返回值，因?yàn)闆]有返回值可以獲取。前面的例子中提到，cgo 對 errno 做了特殊處理，可以通過第二個(gè)返回值來獲取 C 語言的錯(cuò)誤狀態(tài)。對于 void 類型函數(shù)，這個(gè)特性依然有效。

以下的代碼是獲取沒有返回值函數(shù)的錯(cuò)誤狀態(tài)碼：

//static void noreturn() {}
import "C"
import "fmt"

func main() {
    _, err := C.noreturn()
    fmt.Println(err)
}

此時(shí)，我們忽略了第一個(gè)返回值，只獲取第二個(gè)返回值對應(yīng)的錯(cuò)誤碼。

我們也可以嘗試獲取第一個(gè)返回值，它對應(yīng)的是 C 語言的 void 對應(yīng)的 Go 語言類型：

//static void noreturn() {}
import "C"
import "fmt"

func main() {
    v, _ := C.noreturn()
    fmt.Printf("%#v", v)
}

運(yùn)行這個(gè)代碼將會(huì)產(chǎn)生以下輸出：

main._Ctype_void{}

我們可以看出 C 語言的 void 類型對應(yīng)的是當(dāng)前的 main 包中的 _Ctype_void 類型。其實(shí)也將 C 語言的 noreturn 函數(shù)看作是返回 _Ctype_void 類型的函數(shù)，這樣就可以直接獲取 void 類型函數(shù)的返回值：

//static void noreturn() {}
import "C"
import "fmt"

func main() {
    fmt.Println(C.noreturn())
}

運(yùn)行這個(gè)代碼將會(huì)產(chǎn)生以下輸出：

[]

其實(shí)在 CGO 生成的代碼中，_Ctype_void 類型對應(yīng)一個(gè) 0 長的數(shù)組類型 [0]byte，因此 fmt.Println 輸出的是一個(gè)表示空數(shù)值的方括弧。

以上有效特性雖然看似有些無聊，但是通過這些例子我們可以精確掌握 CGO 代碼的邊界，可以從更深層次的設(shè)計(jì)的角度來思考產(chǎn)生這些奇怪特性的原因。

2.4.4 C 調(diào)用 Go 導(dǎo)出函數(shù)

CGO 還有一個(gè)強(qiáng)大的特性：將 Go 函數(shù)導(dǎo)出為 C 語言函數(shù)。這樣的話我們可以定義好 C 語言接口，然后通過 Go 語言實(shí)現(xiàn)。在本章的第一節(jié)快速入門部分我們已經(jīng)展示過 Go 語言導(dǎo)出 C 語言函數(shù)的例子。

下面是用 Go 語言重新實(shí)現(xiàn)本節(jié)開始的 add 函數(shù)：

import "C"

//export add
func add(a, b C.int) C.int {
    return a+b
}

add 函數(shù)名以小寫字母開頭，對于 Go 語言來說是包內(nèi)的私有函數(shù)。但是從 C 語言角度來看，導(dǎo)出的 add 函數(shù)是一個(gè)可全局訪問的 C 語言函數(shù)。如果在兩個(gè)不同的 Go 語言包內(nèi)，都存在一個(gè)同名的要導(dǎo)出為 C 語言函數(shù)的 add 函數(shù)，那么在最終的鏈接階段將會(huì)出現(xiàn)符號重名的問題。

CGO 生成的 _cgo_export.h 文件會(huì)包含導(dǎo)出后的 C 語言函數(shù)的聲明。我們可以在純 C 源文件中包含 _cgo_export.h 文件來引用導(dǎo)出的 add 函數(shù)。如果希望在當(dāng)前的 CGO 文件中馬上使用導(dǎo)出的 C 語言 add 函數(shù)，則無法引用 _cgo_export.h 文件。因?yàn)?nbsp;_cgo_export.h 文件的生成需要依賴當(dāng)前文件可以正常構(gòu)建，而如果當(dāng)前文件內(nèi)部循環(huán)依賴還未生成的 _cgo_export.h 文件將會(huì)導(dǎo)致 cgo 命令錯(cuò)誤。

#include "_cgo_export.h"

void foo() {
    add(1, 1);
}

當(dāng)導(dǎo)出 C 語言接口時(shí)，需要保證函數(shù)的參數(shù)和返回值類型都是 C 語言友好的類型，同時(shí)返回值不得直接或間接包含 Go 語言內(nèi)存空間的指針。