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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的？當然你可能會說，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，當然，你如果是一名it愛好者，求知欲自然會引導你去學習。
二、這篇文章主要就分析兩點:
1、golang多值返回的實現;
2、golang閉包的實現;
三、golang多值返回的實現
我們在學C/C++時，很多人應該有了解過C/C++函數調用過程，參數是通過寄存器di和si(假設就兩個參數)傳遞給被調用的函數，被調用函數的返回結果只能是通過eax寄存器返回給調用函數，因此C/C++函數只能返回一個值，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 有說明，這里重點說明四個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，指向一個函數棧的頂部；
2.PC 程序計數器，指向下一條執行指令;
3.SB 指向靜態數據的基指針，全局符號;
4.SP 棧頂寄存器;
這里面最重要的就是FP和SP，FP寄存器主要用于取參數以及存返回值，golang函數調用的實現很大程度上都是依賴這兩個寄存器，這里先給出結果，
+-----------+---\ | 返回值2 | \ +-----------+ \ | 返回值1 | \ +---------+-+ | 參數2 | 這些在調用函數中 +-----------+ | 參數1 | / +-----------+ / | 返回地址 | / +-----------+--\/-----fp值 | 局部變量 | \ | ... | 被調用數棧禎 | | / +-----------+--/+---sp值
這個就是golang的一個函數棧，也是說函數傳參是通過fp+offset來實現的，而多個返回值也是通過fp+offset存儲在調用函數的棧幀中。
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 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i 0x000500005(test.go:5)MOVQ"".j+16(FP),AX//取第二個參數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 //將返回結果存入調用函數棧幀 0x001300019(test.go:8)MOVQCX,"".~r2+24(FP) //將返回結果存入調用函數棧幀 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函數內部，是通過fp+8取第一個參數，fp+16取第二個參數；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函數調用過程，是通過fp+offset來實現傳參和返回值，而不像C/C++都是通過寄存器實現傳參和返回值；
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，這有待考證。
本來想通過查看main函數的棧幀來驗證之前的結論，但是golang對小函數自動轉為內聯函數，因此你們可以自己編譯出來看看，main函數內部是沒有調用test函數的，而是將test函數的匯編代碼直接拷貝進main函數執行了。
四、golang閉包的實現
之前有去看了下C++11的lambda函數的實現，其實實現原理就是仿函數；編譯器在編譯lambda函數時，會生成一個匿名的仿函數類，然后執行這個lambda函數時，會調用編譯生成的匿名仿函數類重載函數調用方法，這個方法也就是lambda函數中定義的方法；其實golang閉包的實現和這個類似，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函數傳入一個整型參數a，返回一個函數類型；這個函數類型傳入一個整型參數以及返回一個整型值；main函數調用test函數，返回一個閉包函數。
來看下test函數的匯編代碼:
"".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函數傳入的第一個參數，即a
0x002d00045(test.go:5)MOVQ"".a+40(FP),BP
//將a放入(AX)指向的內存，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內部匿名函數地址存入BP
0x004a00074(test.go:6) LEAQ"".test.func1(SB),BP
//將匿名函數地址放入(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指向內存+8，
//即為上述結構體a *int賦值
0x006700103(test.go:6)MOVQBP,8(AX)
//將上述結構體的地址存入main函數棧幀中；
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
類是有行為的數據，為閉包是有數據的行為；
也就是說閉包是有上下文的，我們以測試例子為例，通過test函數生成的閉包函數，都有各自的a，這個a就是閉包的上下文數據，而且這個a一直伴隨著他的閉包函數，每調用一次，a都會發生變化；
我們分析了上述匯編代碼，來看下閉包實現原理；在這個測試例子中，由于a是閉包的上下文數據，因此a必須在堆上分配，如果在棧上分配，函數結束，a也被回收了；然后會定義出一個匿名結構體:
type.struct{
F uintptr//這個就是閉包調用的函數指針
a *int//這就是閉包的上下文數據
}
接著生成一個該對象，并將之前在堆上分配的整型對象a的地址賦值給結構體中的a指針，接下來將閉包調用的func函數地址賦值給結構體中F指針；這樣，每生成一個閉包函數，其實就是生成一個上述結構體對象，每個閉包對象也就有自己的數據a和調用函數F；最后將這個結構體的地址返回給main函數；
來看下main函數獲取閉包的過程；
"".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1(f:=test(1))放入main函數棧頂 0x001f00031(test.go:13)MOVQ$1, (SP) 0x002700039(test.go:13) PCDATA$0,$0 //調用main函數生成閉包對象 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) //將閉包對象的函數指針賦值給BX 0x003e00062(test.go:14)MOVQ(DX),BX 0x004100065(test.go:14) PCDATA$0,$1 //這里調用閉包函數，并且將閉包對象的地址也傳進 //閉包函數，為了修改a嘛 0x004100065(test.go:14)CALLDX,BX 0x004300067(test.go:14)MOVQ8(SP),BX
很明顯，main函數調用test函數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，然后執行這個閉包函數，并且把閉包對象的地址傳進函數，這點和C++傳this指針原理一樣，為了修改成員變量a；
最后看下test內部的匿名函數(閉包函數實現):
"".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地址最新數據存入BP 0x001200018(test.go:8) MOVQ (AX), BP //將a最新值作為返回值放入main函數棧中 0x001500021(test.go:8) MOVQ BP,"".~r1+16(FP) 0x001a00026(test.go:8) RET
閉包函數的調用過程:
1、通過閉包對象地址獲取閉包上下文數據a的地址;
2、接著通過a的地址獲取到a的值，并與參數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；
五、總結
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；
多值返回主要是通過fp寄存器+offset獲取參數以及存入返回值實現；
閉包主要是通過在編譯時生成包含閉包函數和閉包上下文數據的結構體實現；
以上就是這篇文章的全部內容，希望對大家學習或只用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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