9.9Go之函数之函数底层实现

9.9Go之函数之函数底层实现

为什么函数是语言的一个核心元素

由基于堆栈的程序执行模型决定的

分析函数底层实现的两种方式

• 语言编译器源码

• 反汇编

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需要有一定的汇编基础

本章会用到的一些汇编指令

Go语言编译器特点：

• 产生的汇编代码是中间抽象态，不是对机器码的映射

• 有些寄存器真实存在，有些是抽象的寄存器

Go中一些抽象的寄存器：

1. SB(Static base pointer)：静态基址寄存器。和全局符号一起表示全局变量的地址

2. FR(Frame pointer)：栈帧寄存器。 指向当前函数调用栈帧的栈底位置

3. PC(Program counter)：程序计数器。 存放下一条指令的执行地址 --->一般是CALL、RET等指令隐式操作

4. SP(Stack pointer)：栈顶寄存器。

   1. 在函数调用前由主调函数设置SP

   2. 负责对栈空间进行分配或回收

特点：

Go 汇编编译器对内嵌汇编程序自动做了调整，增加了保护现场，以及函数调用前的保持 PC 、SP 偏移地址重定位等逻辑，反汇编代码更能反映程序的真实执行逻辑

函数调用规约

采取模式：

• caller-save模式：由调用者负责保护寄存器

• 在主调函数调用被调函数的前后有一个保存现场和恢复现场的动作

Go中多返回值实现的分析

交换函数swap：

package main
​
import "fmt"
​
/*
手写一个交换函数，实现传入两个数，交换他们的值
 */
func swap(arr int, brr int) (int, int) { //函数调用前己经为返回值和参数分配了栈空间，分配顺序是从右向左的，先是返回值，然后是参数
    /*交换值*/
    arr, brr = brr, arr
    return arr, brr
}
​
func main() {
    fmt.Println(swap(10, 20))
}

省略掉汇编代码，只看结果可知：

• 函数的调用者负责环境准备，包括为参数和返回值开辟栈空间。

• 寄存器的保存和恢复也由调用方负责。

• 函数调用后回收栈空间，恢复 BP 也由主调函数负责。

函数多指返回的实质：

• 在栈上开辟多个地址分别存放返回值

• 如果返回值是存放到堆上，则多了一个复制的动作

main调用swap的栈的结构图：

函数多值返回的实现：

• 主调函数预先分配好空间来存放返回值，被调函数执行时将返回值复制到该返回位置

• 分配空间的特点：

  • 

Go语言闭包实现的分析

闭包的结构：

• 函数指针

• 对外部环境的引用

Go闭包的示例代码：

package main
​
/*
实现一个闭包函数，打印形参的值
 */
func close(arr int) func() {
    return func() {
        print(arr)
    }
}
​
func main() {
    //设置函数变量
    f := close(100)
    //调用函数
    f()
}

在汇编中是通过返回一个结构体来实现闭包的功能：

type Closure struct {
    F uintptr
    env *Type
}

代码分析：

• F 是返回的匿名函数指针

• env 是对外部环境变量的引用集合

  • 如果闭包内没有修改外部变量，则 Go 编译器直接优化为值传递。否则是通过指针传递

章节小结：

• 函数的底层实现在汇编层面的应用

• 多值返回在内存层面的实现

• 闭包在汇编层面的实现以及闭包所返回的结构体的字段内容