Go 如何實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)參數(shù)的加載

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剛學(xué) Go 的同學(xué)一定思考過 Go 程序的啟動(dòng)過程，關(guān)于這個(gè)問題可以看饒大的文章 Go 程序是怎樣跑起來的。今天我們將問題縮小，來學(xué)習(xí) Go 程序是怎么加載啟動(dòng)參數(shù)，以及如何進(jìn)行參數(shù)解析。

C 參數(shù)解析

學(xué)習(xí)過 C 語言的童鞋，一定對 argc 和 argv 不會(huì)陌生。

C 程序總是從主函數(shù) main 開始執(zhí)行的，而在帶參數(shù)的主函數(shù)中，依照慣例，會(huì)使用 argc 和 argv 的命名作為主函數(shù)參數(shù)。

其中，argc （argument count）代表的是命令行參數(shù)個(gè)數(shù)，argv（argument value） 是用來存放指向參數(shù)的指針數(shù)組。

#include?

int?main(int?argc,?char?*argv[])
{
?printf("argc?=?%d\n",argc);
?printf("argv[0]?=?%s,?argv[1]?=?%s,?argv[2]?=?%s?\n",?argv[0],?argv[1],?argv[2]);
?return?0;
}

編譯執(zhí)行以上 C 代碼，得到輸出如下

$?gcc?c_main.c?-o?main
$?./main?foo?bar?sss?ddd
argc?=?5
argv[0]?=?./main,?argv[1]?=?foo,?argv[2]?=?bar

那在 Go 語言中，又該如何獲取命令行參數(shù)呢？

os.Args 加載

同 C 一樣，Go 程序也是從 main 主函數(shù)開始（用戶層）執(zhí)行，但主函數(shù)中并沒有定義 argc 和 argv。

我們可以通過 os.Args 函數(shù)，獲取命令行參數(shù)。

package?main

import?(
?"fmt"
?"os"
)

func?main()?{
?for?i,?v?:=?range?os.Args?{
??fmt.Printf("arg[%d]:?%v\n",?i,?v)
?}
}

編譯執(zhí)行 Go 函數(shù)

?$?go?build?main.go
?$?./main?foo?bar?sss?ddd
arg[0]:?./main
arg[1]:?foo
arg[2]:?bar
arg[3]:?sss
arg[4]:?ddd

同 C 一樣，第一個(gè)參數(shù)也是代表可執(zhí)行文件。

加載實(shí)現(xiàn)

下文我們需要展示一些 Go 匯編代碼，為了方便讀者理解，先通過兩圖了解 Go 匯編語言對 CPU 的重新抽象。

X86/AMD64 架構(gòu)

Go 偽寄存器

Go匯編為了簡化匯編代碼的編寫，引入了 PC、FP、SP、SB 四個(gè)偽寄存器。

四個(gè)偽寄存器加上其它的通用寄存器就是 Go 匯編語言對 CPU 的重新抽象。當(dāng)然，該抽象的結(jié)構(gòu)也適用于其它非 X86 類型的體系結(jié)構(gòu)。

回到正題，命令行參數(shù)的解析過程是程序啟動(dòng)中的一部分內(nèi)容。

以 linux amd64 系統(tǒng)為例，Go 程序的執(zhí)行入口位于runtime/rt0_linux_amd64.s。

TEXT _rt0_amd64_linux(SB),NOSPLIT,$-8
	JMP	_rt0_amd64(SB)

_rt0_amd64函數(shù)實(shí)現(xiàn)于 runtime/asm_amd64.s

TEXT _rt0_amd64(SB),NOSPLIT,$-8
	MOVQ	0(SP), DI	// argc
	LEAQ	8(SP), SI	// argv
	JMP	runtime·rt0_go(SB)

看到 argc 和 argv 的身影了嗎？在這里，它們從棧內(nèi)存分別被加載到了 DI、SI 寄存器。

rt0_go函數(shù)完成了 runtime 的所有初始化工作，但我們這里僅關(guān)注 argc 和 argv 的處理過程。

TEXT runtime·rt0_go(SB),NOSPLIT|TOPFRAME,$0
	// copy arguments forward on an even stack
	MOVQ	DI, AX		// argc
	MOVQ	SI, BX		// argv
	SUBQ	$(4*8+7), SP		// 2args 2auto
	ANDQ	$~15, SP
	MOVQ	AX, 16(SP)
	MOVQ	BX, 24(SP)
	...
	MOVL	16(SP), AX		// copy argc
	MOVL	AX, 0(SP)
	MOVQ	24(SP), AX		// copy argv
	MOVQ	AX, 8(SP)
	CALL	runtime·args(SB)
	CALL	runtime·osinit(SB)
	CALL	runtime·schedinit(SB)
	...

經(jīng)過一系列操作之后，argc 和 argv 又被折騰回了棧內(nèi)存 0(SP)和 8(SP) 中。

args 函數(shù)位于runtime/runtime1.go中

var?(
?argc?int32
?argv?**byte
)

func?args(c?int32,?v?**byte)?{
?argc?=?c
?argv?=?v
?sysargs(c,?v)
}

在這里，argc 和 argv 分別被保存至變量runtime.argc和runtime.argv。

在rt0_go函數(shù)中調(diào)用執(zhí)行完args函數(shù)后，還會(huì)執(zhí)行schedinit。

func?schedinit()?{
??...
?goargs()
?...

goargs實(shí)現(xiàn)于runtime/runtime1.go

var?argslice?[]string

func?goargs()?{
?if?GOOS?==?"windows"?{
??return
?}
?argslice?=?make([]string,?argc)
?for?i?:=?int32(0);?i???argslice[i]?=?gostringnocopy(argv_index(argv,?i))
?}
}

該函數(shù)的目的是，將指向棧內(nèi)存的命令行參數(shù)字符串指針，封裝成 Go 的 string類型，最終保存于runtime.argslice。

這里有個(gè)知識點(diǎn)，Go 是如何將 C 字符串封裝成 Go string 類型的呢？答案就在以下代碼。

func?gostringnocopy(str?*byte)?string?{
?ss?:=?stringStruct{str:?unsafe.Pointer(str),?len:?findnull(str)}
?s?:=?*(*string)(unsafe.Pointer(&ss))
?return?s
}

func?argv_index(argv?**byte,?i?int32)?*byte?{
?return?*(**byte)(add(unsafe.Pointer(argv),?uintptr(i)*sys.PtrSize))
}

func?add(p?unsafe.Pointer,?x?uintptr)?unsafe.Pointer?{
?return?unsafe.Pointer(uintptr(p)?+?x)
}

此時(shí)，Go 已經(jīng)將 argc 和 argv 的信息保存至runtime.argslice中，那聰明的你一定能猜到os.Args方法就是讀取的該slice。

在os/proc.go中，是它的實(shí)現(xiàn)

var?Args?[]string

func?init()?{
?if?runtime.GOOS?==?"windows"?{
??//?Initialized?in?exec_windows.go.
??return
?}
?Args?=?runtime_args()
}

func?runtime_args()?[]string?//?in?package?runtime

而runtime_args方法的實(shí)現(xiàn)是位于 runtime/runtime.go中的os_runtime_args函數(shù)

//go:linkname?os_runtime_args?os.runtime_args
func?os_runtime_args()?[]string?{?return?append([]string{},?argslice...)?}

在這里實(shí)現(xiàn)了runtime.argslice的拷貝。至此，os.Args方法最終成功加載了命令行參數(shù) argv 信息。

總結(jié)

本文我們介紹了 Go 可以利用os.Args解析程序啟動(dòng)時(shí)的命令行參數(shù)，并學(xué)習(xí)了它的實(shí)現(xiàn)過程。

在加載實(shí)現(xiàn)的源碼學(xué)習(xí)中，我們發(fā)現(xiàn)如果從一個(gè)點(diǎn)出發(fā)，去追溯它的實(shí)現(xiàn)原理，這個(gè)過程并不復(fù)雜，希望童鞋們不要懼怕研究源碼。

os.Args方法將命令行參數(shù)存儲在字符串切片中，通過遍歷即可提取它們。但在實(shí)際開發(fā)中我們一般不會(huì)直接使用os.Args方法，因?yàn)?Go 為我們提供了一個(gè)更好用的 flag 包。但鑒于篇幅原因，該部分的內(nèi)容以后再寫了。

參考

go語言高級編程--------匯編語言部分學(xué)習(xí)筆記：https://blog.csdn.net/cyq6239075/article/details/106480140

Go 程序是怎樣跑起來的：https://mp.weixin.qq.com/s/Rewl0DKnq6CY53m5D3G2qw