一、前言
golang有很多新穎的特性，不知道大家的使用的時候，有沒想過，這些特性是如何實現(xiàn)的？當(dāng)然你可能會說，不了解這些特性好像也不影響自己使用golang，你說的也有道理，但是，多了解底層的實現(xiàn)原理，對于在使用golang時的眼界是完全不一樣的，就類似于看過http的實現(xiàn)之后，再來使用http框架，和未看過http框架時的眼界是不一樣的，當(dāng)然，你如果是一名it愛好者，求知欲自然會引導(dǎo)你去學(xué)習(xí)。
二、這篇文章主要就分析兩點(diǎn):
1、golang多值返回的實現(xiàn);
2、golang閉包的實現(xiàn);
三、golang多值返回的實現(xiàn)
我們在學(xué)C/C++時，很多人應(yīng)該有了解過C/C++函數(shù)調(diào)用過程，參數(shù)是通過寄存器di和si(假設(shè)就兩個參數(shù))傳遞給被調(diào)用的函數(shù)，被調(diào)用函數(shù)的返回結(jié)果只能是通過eax寄存器返回給調(diào)用函數(shù)，因此C/C++函數(shù)只能返回一個值，那么我們是不是可以想象，golang的多值返回是否可以通過多個寄存器來實現(xiàn)的，正如用多個寄存器來傳參一樣？
這也是一種辦法，但是golang并沒有采用；我的理解是引入多個寄存器來存儲返回值，會引起多個寄存器用途的重新約定，這無疑增加了復(fù)雜度；可以這么說，golang的ABI與C/C++非常不一樣；
在從匯編角度分析golang多值返回之前，需要先熟悉golang匯編代碼的一些約定， golang官網(wǎng) 有說明，這里重點(diǎn)說明四個symbols，需要注意的是這里的寄存器是偽寄存器：
1.FP 棧底寄存器，指向一個函數(shù)棧的頂部；
2.PC 程序計數(shù)器，指向下一條執(zhí)行指令;
3.SB 指向靜態(tài)數(shù)據(jù)的基指針，全局符號;
4.SP 棧頂寄存器;
這里面最重要的就是FP和SP，F(xiàn)P寄存器主要用于取參數(shù)以及存返回值，golang函數(shù)調(diào)用的實現(xiàn)很大程度上都是依賴這兩個寄存器，這里先給出結(jié)果，
+-----------+---\
| 返回值2 | \
+-----------+ \
| 返回值1 | \
+---------+-+
| 參數(shù)2 | 這些在調(diào)用函數(shù)中
+-----------+
| 參數(shù)1 | /
+-----------+ /
| 返回地址 | /
+-----------+--\/-----fp值
| 局部變量 | \
| ... | 被調(diào)用數(shù)棧禎
| | /
+-----------+--/+---sp值
這個就是golang的一個函數(shù)棧，也是說函數(shù)傳參是通過fp+offset來實現(xiàn)的，而多個返回值也是通過fp+offset存儲在調(diào)用函數(shù)的棧幀中。
下面通過一個例子來分析
package main
import "fmt"
func test(i, j int) (int, int) {
a:=i+ j
b:=i- j
return a,b
}
func main() {
a,b:= test(2,1)
fmt.Println(a, b)
}
這個例子很簡單，主要是為了說明golang多值返回的過程；我們通過下面命令編譯該程序
go tool compile -S test.go > test.s
然后，就可以打開test.s，來看下這個小程序的匯編代碼。首先來看下test函數(shù)的匯編代碼
"".test t=1size=32value=0args=0x20locals=0x0
0x000000000(test.go:5) TEXT"".test(SB),$0-32//棧大小為32字節(jié)
0x000000000(test.go:5)NOP
0x000000000(test.go:5)NOP
0x000000000(test.go:5)MOVQ"".i+8(FP),CX//取第一個參數(shù)i
0x000500005(test.go:5)MOVQ"".j+16(FP),AX//取第二個參數(shù)j
0x000a00010(test.go:5) FUNCDATA$0, gclocals·a8eabfc4a4514ed6b3b0c61e9680e440(SB)
0x000a00010(test.go:5) FUNCDATA$1, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
0x000a00010(test.go:6)MOVQCX,BX//將i放入bx
0x000d00013(test.go:6) ADDQAX,CX//i+j放入cx
0x001000016(test.go:7) SUBQAX,BX//i-j放入bx
//將返回結(jié)果存入調(diào)用函數(shù)棧幀
0x001300019(test.go:8)MOVQCX,"".~r2+24(FP)
//將返回結(jié)果存入調(diào)用函數(shù)棧幀
0x001800024(test.go:8)MOVQBX,"".~r3+32(FP)
0x001d00029(test.go:8)RET
由這個匯編代碼可以看出來，在test函數(shù)內(nèi)部，是通過fp+8取第一個參數(shù)，fp+16取第二個參數(shù)；然后將返回的第一個值存入fp+24,返回的第二個值存入fp+32，和我上述所說完全一致；golang函數(shù)調(diào)用過程，是通過fp+offset來實現(xiàn)傳參和返回值，而不像C/C++都是通過寄存器實現(xiàn)傳參和返回值；
但是，這里有個問題，我的變量都是int類型，為啥分配的都是8字節(jié)，這有待考證。
本來想通過查看main函數(shù)的棧幀來驗證之前的結(jié)論，但是golang對小函數(shù)自動轉(zhuǎn)為內(nèi)聯(lián)函數(shù)，因此你們可以自己編譯出來看看，main函數(shù)內(nèi)部是沒有調(diào)用test函數(shù)的，而是將test函數(shù)的匯編代碼直接拷貝進(jìn)main函數(shù)執(zhí)行了。
四、golang閉包的實現(xiàn)
之前有去看了下C++11的lambda函數(shù)的實現(xiàn)，其實實現(xiàn)原理就是仿函數(shù)；編譯器在編譯lambda函數(shù)時，會生成一個匿名的仿函數(shù)類，然后執(zhí)行這個lambda函數(shù)時，會調(diào)用編譯生成的匿名仿函數(shù)類重載函數(shù)調(diào)用方法，這個方法也就是lambda函數(shù)中定義的方法；其實golang閉包的實現(xiàn)和這個類似，我們通過例子來說明
packagemain
import"fmt"
functest(aint)func(iint)int{
returnfunc(iint)int{
a = a + i
returna
}
}
funcmain(){
f := test(1)
a := f(2)
fmt.Println(a)
b := f(3)
fmt.Println(b)
}
這個例子程序很簡單，test函數(shù)傳入一個整型參數(shù)a，返回一個函數(shù)類型；這個函數(shù)類型傳入一個整型參數(shù)以及返回一個整型值；main函數(shù)調(diào)用test函數(shù)，返回一個閉包函數(shù)。
來看下test函數(shù)的匯編代碼:
"".test t=1size=160value=0args=0x10locals=0x20
0x000000000(test.go:5) TEXT"".test(SB),$32-16
0x000000000(test.go:5)MOVQ(TLS),CX
0x000900009(test.go:5) CMPQSP,16(CX)
0x000d00013(test.go:5) JLS142
0x000f00015(test.go:5) SUBQ$32,SP
0x001300019(test.go:5) FUNCDATA$0, gclocals·8edb5632446ada37b0a930d010725cc5(SB)
0x001300019(test.go:5) FUNCDATA$1, gclocals·008e235a1392cc90d1ed9ad2f7e76d87(SB)
0x001300019(test.go:5) LEAQ type.int(SB),BX
0x001a00026(test.go:5)MOVQBX, (SP)
0x001e00030(test.go:5) PCDATA$0,$0
//生成一個int型對象，即a
0x001e00030(test.go:5)CALLruntime.newobject(SB)
//8(sp)即生成的a的地址，放入AX
0x002300035(test.go:5)MOVQ8(SP),AX
//將a的地址存入sp+24的位置
0x002800040(test.go:5)MOVQAX,"".a+24(SP)
//取出main函數(shù)傳入的第一個參數(shù)，即a
0x002d00045(test.go:5)MOVQ"".a+40(FP),BP
//將a放入(AX)指向的內(nèi)存，即上述新生成的int型對象
0x003200050(test.go:5)MOVQBP, (AX)
0x003500053(test.go:6) LEAQ type.struct { F uintptr; a *int }(SB), BX
0x003c00060(test.go:6)MOVQBX, (SP)
0x004000064(test.go:6) PCDATA$0,$1
0x004000064(test.go:6)CALLruntime.newobject(SB)
//8(sp)這就是上述生成的struct對象地址
0x004500069(test.go:6)MOVQ8(SP),AX
0x004a00074(test.go:6)NOP
//test內(nèi)部匿名函數(shù)地址存入BP
0x004a00074(test.go:6) LEAQ"".test.func1(SB),BP
//將匿名函數(shù)地址放入(AX)指向的地址，即給上述
//F uintptr賦值
0x005100081(test.go:6)MOVQBP, (AX)
0x005400084(test.go:6)MOVQAX,"".autotmp_0001+16(SP)
0x005900089(test.go:6)NOP
//將上述生成的整型對象a的地址存入BP
0x005900089(test.go:6)MOVQ"".a+24(SP),BP
0x005e00094(test.go:6) CMPB runtime.writeBarrier(SB),$0
0x006500101(test.go:6)JNE$0,117
//將a地址存入AX指向內(nèi)存+8，
//即為上述結(jié)構(gòu)體a *int賦值
0x006700103(test.go:6)MOVQBP,8(AX)
//將上述結(jié)構(gòu)體的地址存入main函數(shù)棧幀中；
0x006b00107(test.go:9)MOVQAX,"".~r1+48(FP)
0x007000112(test.go:9) ADDQ$32,SP
0x007400116(test.go:9)RET
之前有看到一句話，很形象地描述了閉包
類是有行為的數(shù)據(jù)，為閉包是有數(shù)據(jù)的行為；
也就是說閉包是有上下文的，我們以測試?yán)訛槔ㄟ^test函數(shù)生成的閉包函數(shù)，都有各自的a，這個a就是閉包的上下文數(shù)據(jù)，而且這個a一直伴隨著他的閉包函數(shù)，每調(diào)用一次，a都會發(fā)生變化；
我們分析了上述匯編代碼，來看下閉包實現(xiàn)原理；在這個測試?yán)又校捎?code>a是閉包的上下文數(shù)據(jù)，因此a必須在堆上分配，如果在棧上分配，函數(shù)結(jié)束，a也被回收了；然后會定義出一個匿名結(jié)構(gòu)體:
type.struct{
F uintptr//這個就是閉包調(diào)用的函數(shù)指針
a *int//這就是閉包的上下文數(shù)據(jù)
}
接著生成一個該對象，并將之前在堆上分配的整型對象a的地址賦值給結(jié)構(gòu)體中的a指針，接下來將閉包調(diào)用的func函數(shù)地址賦值給結(jié)構(gòu)體中F指針；這樣，每生成一個閉包函數(shù)，其實就是生成一個上述結(jié)構(gòu)體對象，每個閉包對象也就有自己的數(shù)據(jù)a和調(diào)用函數(shù)F；最后將這個結(jié)構(gòu)體的地址返回給main函數(shù)；
來看下main函數(shù)獲取閉包的過程；
"".main t=1size=528value=0args=0x0locals=0x88
0x000000000(test.go:12) TEXT"".main(SB),$136-0
0x000000000(test.go:12)MOVQ(TLS),CX
0x000900009(test.go:12) LEAQ -8(SP),AX
0x000e00014(test.go:12) CMPQAX,16(CX)
0x001200018(test.go:12) JLS506
0x001800024(test.go:12) SUBQ$136,SP
0x001f00031(test.go:12) FUNCDATA$0, gclocals·f5be5308b59e045b7c5b33ee8908cfb7(SB)
0x001f00031(test.go:12) FUNCDATA$1, gclocals·9d868b227cedd8dd4b1bec8682560fff(SB)
//將參數(shù)1(f:=test(1))放入main函數(shù)棧頂
0x001f00031(test.go:13)MOVQ$1, (SP)
0x002700039(test.go:13) PCDATA$0,$0
//調(diào)用main函數(shù)生成閉包對象
0x002700039(test.go:13)CALL"".test(SB)
//將閉包對象的地址放入DX
0x002c00044(test.go:13)MOVQ8(SP),DX
//將參數(shù)2(a:=f(2))放入棧頂
0x003100049(test.go:14)MOVQ$2, (SP)
0x003900057(test.go:14)MOVQDX,"".f+56(SP)
//將閉包對象的函數(shù)指針賦值給BX
0x003e00062(test.go:14)MOVQ(DX),BX
0x004100065(test.go:14) PCDATA$0,$1
//這里調(diào)用閉包函數(shù)，并且將閉包對象的地址也傳進(jìn)
//閉包函數(shù)，為了修改a嘛
0x004100065(test.go:14)CALLDX,BX
0x004300067(test.go:14)MOVQ8(SP),BX
很明顯，main函數(shù)調(diào)用test函數(shù)獲取的是閉包對象的地址，通過這個閉包對象地址找到閉包函數(shù)，然后執(zhí)行這個閉包函數(shù)，并且把閉包對象的地址傳進(jìn)函數(shù)，這點(diǎn)和C++傳this指針原理一樣，為了修改成員變量a；
最后看下test內(nèi)部的匿名函數(shù)(閉包函數(shù)實現(xiàn)):
"".test.func1t=1size=32value=0args=0x10 locals=0x0
0x000000000(test.go:6) TEXT"".test.func1(SB), $0-16
0x000000000(test.go:6) NOP
0x000000000(test.go:6) NOP
0x000000000(test.go:6) FUNCDATA $0, gclocals·23e8278e2b69a3a75fa59b23c49ed6ad(SB)
0x000000000(test.go:6) FUNCDATA $1, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
//DX是閉包對象的地址，+8即a的地址
0x000000000(test.go:6) MOVQ8(DX), AX
//AX為a的地址，(AX)即為a的值
0x000400004(test.go:7) MOVQ (AX), BP
//將參數(shù)i存入R8
0x000700007(test.go:7) MOVQ"".i+8(FP), R8
//a+i的值存入BP
0x000c00012(test.go:7) ADDQ R8, BP
//將a+i存入a的地址
0x000f00015(test.go:7) MOVQ BP, (AX)
//將a地址最新數(shù)據(jù)存入BP
0x001200018(test.go:8) MOVQ (AX), BP
//將a最新值作為返回值放入main函數(shù)棧中
0x001500021(test.go:8) MOVQ BP,"".~r1+16(FP)
0x001a00026(test.go:8) RET
閉包函數(shù)的調(diào)用過程:
1、通過閉包對象地址獲取閉包上下文數(shù)據(jù)a的地址;
2、接著通過a的地址獲取到a的值，并與參數(shù)i相加；
3、將a+i作為最新值存入a的地址；
4、將a最新值返回給main函數(shù)；
五、總結(jié)
這篇文章簡單地從匯編角度分析了golang多值返回和閉包的實現(xiàn)；
多值返回主要是通過fp寄存器+offset獲取參數(shù)以及存入返回值實現(xiàn)；
閉包主要是通過在編譯時生成包含閉包函數(shù)和閉包上下文數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)體實現(xiàn)；
以上就是這篇文章的全部內(nèi)容，希望對大家學(xué)習(xí)或只用golang能有一定的幫助，如果有疑問大家可以留言交流。
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