CGO函数调用

函数是C语言编程的核心，通过CGO技术我们不仅仅可以在Go语言中调用C语言函数，也可以将Go语言函数导出为C语言函数。

Go调用C函数

对于一个启用CGO特性的程序，CGO会构造一个虚拟的C包。通过这个虚拟的C包可以调用C语言函数。

package main

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

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

以上的CGO代码首先定义了一个当前文件内可见的add函数，然后通过C.add。

C函数的返回值

对于有返回值的C函数，我们可以正常获取返回值。

package main

/*
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函数实现了一个整数除法的运算，然后通过返回值返回除法的结果。

不过对于除数为0的情形并没有做特殊处理。如果希望在除数为0的时候返回一个错误，其他时候返回正常的结果。因为C语言不支持返回多个结果，因此<errno.h>标准库提供了一个errno宏用于返回错误状态。我们可以近似地将errno看成一个线程安全的全局变量，可以用于记录最近一次错误的状态码。

改进后的div函数实现如下：

#include <errno.h>

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

CGO也针对<errno.h>标准库的errno宏做的特殊支持：在CGO调用C函数时如果有两个返回值，那么第二个返回值将对应errno错误状态。

package main

/*
#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)
}

运行这个代码将会产生以下输出：

$ go run .
>> 2 <nil>
>> 0 invalid argument

我们可以近似地将div函数看作为以下类型的函数：

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

第二个返回值是可忽略的error接口类型，底层对应 syscall.Errno 错误类型。

void函数的返回值

C语言函数还有一种没有返回值类型的函数，用void表示返回值类型。一般情况下，我们无法获取void类型函数的返回值，因为没有返回值可以获取。前面的例子中提到，cgo对errno做了特殊处理，可以通过第二个返回值来获取C语言的错误状态。对于void类型函数，这个特性依然有效。

package main

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

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

此时，我们忽略了第一个返回值，只获取第二个返回值对应的错误码。

$ go run .
>> <nil>

我们也可以尝试获取第一个返回值，它对应的是C语言的void对应的Go语言类型：

package main

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

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

运行这个代码将会产生以下输出：

$ go run .
>> main._Ctype_void{}

我们可以看出C语言的void类型对应的是当前的main包中的_Ctype_void类型。其实也将C语言的noreturn函数看作是返回_Ctype_void类型的函数，这样就可以直接获取void类型函数的返回值：

package main

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

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

运行这个代码将会产生以下输出：

$ go run .
>> []

其实在CGO生成的代码中，_Ctype_void类型对应一个0长的数组类型[0]byte，因此fmt.Println输出的是一个表示空数值的方括弧。

以上有效特性虽然看似有些无聊，但是通过这些例子我们可以精确掌握CGO代码的边界，可以从更深层次的设计的角度来思考产生这些奇怪特性的原因。

C调用Go导出函数

CGO还有一个强大的特性：将Go函数导出为C语言函数。这样的话我们可以定义好C语言接口，然后通过Go语言实现。

下面是用Go语言重新实现本节开始的add函数：

import "C"

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

add函数名以小写字母开头，对于Go语言来说是包内的私有函数。但是从C语言角度来看，导出的add函数是一个可全局访问的C语言函数。如果在两个不同的Go语言包内，都存在一个同名的要导出为C语言函数的add函数，那么在最终的链接阶段将会出现符号重名的问题。

CGO生成的 _cgo_export.h 文件会包含导出后的C语言函数的声明。我们可以在纯C源文件中包含 _cgo_export.h 文件来引用导出的add函数。如果希望在当前的CGO文件中马上使用导出的C语言add函数，则无法引用 _cgo_export.h文件。因为_cgo_export.h文件的生成需要依赖当前文件可以正常构建，而如果当前文件内部循环依赖还未生成的_cgo_export.h文件将会导致cgo命令错误。

#include "_cgo_export.h"

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

当导出C语言接口时，需要保证函数的参数和返回值类型都是C语言友好的类型，同时返回值不得直接或间接包含Go语言内存空间的指针。