Go 語言 底層編程

原文鏈接：https://gopl-zh.github.io/ch13/ch13.html

第13章　底層編程

Go語言的設(shè)計包含了諸多安全策略，限制了可能導(dǎo)致程序運行出錯的用法。編譯時類型檢查可以發(fā)現(xiàn)大多數(shù)類型不匹配的操作，例如兩個字符串做減法的錯誤。字符串、map、slice和chan等所有的內(nèi)置類型，都有嚴(yán)格的類型轉(zhuǎn)換規(guī)則。

對于無法靜態(tài)檢測到的錯誤，例如數(shù)組訪問越界或使用空指針，運行時動態(tài)檢測可以保證程序在遇到問題的時候立即終止并打印相關(guān)的錯誤信息。自動內(nèi)存管理（垃圾內(nèi)存自動回收）可以消除大部分野指針和內(nèi)存泄漏相關(guān)的問題。

Go語言的實現(xiàn)刻意隱藏了很多底層細節(jié)。我們無法知道一個結(jié)構(gòu)體真實的內(nèi)存布局，也無法獲取一個運行時函數(shù)對應(yīng)的機器碼，也無法知道當(dāng)前的goroutine是運行在哪個操作系統(tǒng)線程之上。事實上，Go語言的調(diào)度器會自己決定是否需要將某個goroutine從一個操作系統(tǒng)線程轉(zhuǎn)移到另一個操作系統(tǒng)線程。一個指向變量的指針也并沒有展示變量真實的地址。因為垃圾回收器可能會根據(jù)需要移動變量的內(nèi)存位置，當(dāng)然變量對應(yīng)的地址也會被自動更新。

總的來說，Go語言的這些特性使得Go程序相比較低級的C語言來說更容易預(yù)測和理解，程序也不容易崩潰。通過隱藏底層的實現(xiàn)細節(jié)，也使得Go語言編寫的程序具有高度的可移植性，因為語言的語義在很大程度上是獨立于任何編譯器實現(xiàn)、操作系統(tǒng)和CPU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的（當(dāng)然也不是完全絕對獨立：例如int等類型就依賴于CPU機器字的大小，某些表達式求值的具體順序，還有編譯器實現(xiàn)的一些額外的限制等）。

有時候我們可能會放棄使用部分語言特性而優(yōu)先選擇具有更好性能的方法，例如需要與其他語言編寫的庫進行互操作，或者用純Go語言無法實現(xiàn)的某些函數(shù)。

在本章，我們將展示如何使用unsafe包來擺脫Go語言規(guī)則帶來的限制，講述如何創(chuàng)建C語言函數(shù)庫的綁定，以及如何進行系統(tǒng)調(diào)用。

本章提供的方法不應(yīng)該輕易使用（譯注：屬于黑魔法，雖然功能很強大，但是也容易誤傷到自己）。如果沒有處理好細節(jié)，它們可能導(dǎo)致各種不可預(yù)測的并且隱晦的錯誤，甚至連有經(jīng)驗的C語言程序員也無法理解這些錯誤。使用unsafe包的同時也放棄了Go語言保證與未來版本的兼容性的承諾，因為它必然會有意無意中使用很多非公開的實現(xiàn)細節(jié)，而這些實現(xiàn)的細節(jié)在未來的Go語言中很可能會被改變。

要注意的是，unsafe包是一個采用特殊方式實現(xiàn)的包。雖然它可以和普通包一樣的導(dǎo)入和使用，但它實際上是由編譯器實現(xiàn)的。它提供了一些訪問語言內(nèi)部特性的方法，特別是內(nèi)存布局相關(guān)的細節(jié)。將這些特性封裝到一個獨立的包中，是為在極少數(shù)情況下需要使用的時候，同時引起人們的注意（譯注：因為看包的名字就知道使用unsafe包是不安全的）。此外，有一些環(huán)境因為安全的因素可能限制這個包的使用。

不過unsafe包被廣泛地用于比較低級的包，例如runtime、os、syscall還有net包等，因為它們需要和操作系統(tǒng)密切配合，但是對于普通的程序一般是不需要使用unsafe包的。