calling c++ from golang with swig--windows dll（一）

calling c++ from golang with swig--windows dll

之前项目组开发的项目核心代码全部使用C++语言，新项目可能会引入golang，花了一天多时间研究了windows环境下golang调用C++动态链接库的方法。

谷歌加百度之后，很快发现官方推荐的方法，在官方FAQ页面可以找到答案：

https://golang.org/doc/faq

Do Go programs link with C/C++ programs?

There are two Go compiler implementations, gc and gccgo. Gc uses a different calling convention and linker and can therefore only be linked with C programs using the same convention. There is such a C compiler but no C++ compiler. Gccgo is a GCC front-end that can, with care, be linked with GCC-compiled C or C++ programs.

The cgo program provides the mechanism for a “foreign function interface” to allow safe calling of C libraries from Go code. SWIG extends this capability to C++ libraries.

上文的大意是：golang有两个编译器实现，gc和gccgo。gc编译器使用一个不同的调用约定和链接器，因此只能链接使用相同约定的C程序；gccgo是一个GCC的前端，可以链接GCC编译的C和C++程序。cgo程序提供了一个“外部函数接口”机制，允许在Golang中安全地调用C库。SWIG扩展了这个能力，使得Golang可以调用C++库。

由官方的问答可以知道，如果Golang要调用C++库，需要借助gccgo和swig。

SWIG 是一个非常优秀的开源工具，支持您将 C/C++ 代码与任何主流脚本语言相集成。SWIG的一个入门介绍可以参考《开发人员 SWIG 快速入门》

http://www.ibm.com/developerworks/cn/aix/library/au-swig/

SWIG官方网址 http://www.swig.org/

Github上的开源代码仓库： https://github.com/swig/swig

从github上看介绍，swig支持很多种语言：

SWIG is a compiler that integrates C and C++ with languages

including Perl, Python, Tcl, Ruby, PHP, Java, C#, D, Go, Lua,Octave, R, Scheme (Guile, MzScheme/Racket, CHICKEN), Scilab, Ocaml, Modula-3, Common Lisp (CLISP, Allegro CL, CFFI, UFFI) and Pike. SWIG can also export its parse tree into XML and Lisp s-expressions.

Swig最新的发布版本是2017年1月28日发布的rel-3.0.12。

在Github上下载的发布包没有预编译的swig.exe；自己编译比较麻烦，所以直接从http://www.swig.org/download.html 页面下载最新发布包，

根据提示，从第二个链接下载，包含了预编译的可执行程序。

解压缩后，文件夹下有swig.exe，后面会看到需要借助这个工具生成代码。Golang借助swig调用C++还是非常简单的，看下Examples/go目录下的示例就可以入门了。

用浏览器打开Examples\go\index.html看下文字说明，

• When using the gccgo compiler, the steps look like this:

% swig -go -cgo interface.i

% mkdir -p gopath/src/interface

% cp interface_wrap.c interface_wrap.h interface.go gopath/src/interface

% GOPATH=`pwd`/gopath

% export GOPATH

% cd gopath/src/interface

% go build

% gccgo -c $(SRCDIR)/runme.go

% gccgo -o runme runme.o interface.a

这个文档介绍的使用说明与软件版本不太相符，文档更新落后软件太多。实际上只要一条命令就可以了。下面来介绍下go借助swig调用C++的方法，以Examples\go\class为例：

（我的电脑是windows 7 X64，golang也是64位）

将下载的swigwin-3.0.12.zip包解压到D盘，然后将D:\swigwin-3.0.12\swig.exe加入环境变量。

打开cmd，工作目录切换到D:\swigwin-3.0.12\Examples\go\class

执行命令 swig -c++ -cgo -go -intgosize 64  example.i

成功执行后在D:\swigwin-3.0.12\Examples\go\class生成两个文件，example.go和example_wrap.cxx，这两个文件便是是在go中调用的包，runme.go属于main包，golang只运行一个文件夹对应一个包，所以需要在D:\swigwin-3.0.12\Examples\go\class下创建example子文件夹，将example.go和example_wrap.cxx、class.cxx、example.h四个文件移动到D:\swigwin-3.0.12\Examples\go\class\example路径下。

命令行中执行go build, 编译成功后，在D:\swigwin-3.0.12\Examples\go\class文件夹中生成class.exe，执行class.exe输出如下内容：

回过头来看下详细的开发步骤。

首先编写供golang调用的c++源文件，

example.h和class.cxx

/* File : example.h */

class Shape {

public:

Shape() {

nshapes++;

}

virtual ~Shape() {

nshapes--;

}

double  x, y;

void    move(double dx, double dy);

virtual double area() = 0;

virtual double perimeter() = 0;

static  int nshapes;

};

class Circle : public Shape {

private:

double radius;

public:

Circle(double r) : radius(r) { }

virtual double area();

virtual double perimeter();

};

class Square : public Shape {

private:

double width;

public:

Square(double w) : width(w) { }

virtual double area();

virtual double perimeter();

};

该头文件包含了一个基类和两个派生类的声明。

class.cxx包含了对应的源码实现：

/* File : class.cxx */

#include "example.h"

#define M_PI 3.14159265358979323846

/* Move the shape to a new location */

void Shape::move(double dx, double dy) {

x += dx;

y += dy;

}

int Shape::nshapes = 0;

double Circle::area() {

return M_PI*radius*radius;

}

double Circle::perimeter() {

return 2*M_PI*radius;

}

double Square::area() {

return width*width;

}

double Square::perimeter() {

return 4*width;

}

接下来需要定义swig工具生成代码需要的输入文件example.i，只需指定包名和包含的c++头文件，相当简单。

/* File : example.i */

%module example

%{

#include "example.h"

%}

/* Let's just grab the original header file here */

%include "example.h"

接下来就是在命令行中输入swig -c++ -cgo -go -intgosize 64  example.i 生成golang调用的包装代码：example.go和example_wrap.cxx；example_wrap.cxx文件将c++语法隐藏在C函数内部，对外暴露c接口，example.go调用example_wrap.cxx中的c函数，声明并实现golang版的接口。

runme.go中引入example包  . "./example"

c := NewCircle(10) 简短变量声明并定义了SwigcptrCircle类型的变量，SwigcptrCircle实现了Circle 接口。SwigcptrCircle的基础类型是uintptr，NewCircle返回的值实际上就是C++对象的this指针，通过SwigcptrCircle类型的值调用Circle 接口定义的方法，实质上是通过example_wrap.cxx暴露的C函数及“this指针”在函数内部调用将指针转换成c++对象指针然后调用相应的方法。

type Circle interface {

Swigcptr() uintptr

SwigIsCircle()

Area() (_swig_ret float64)

Perimeter() (_swig_ret float64)

SetX(arg1 float64)

GetX() (_swig_ret float64)

SetY(arg1 float64)

GetY() (_swig_ret float64)

Move(arg1 float64, arg2 float64)

SwigIsShape()

SwigGetShape() Shape

}

从Golang的角度看，借助swig生成的包装类型，调用c++类方法就像调用golang内部的接口一样，非常简单易用。

在实际的项目开发中，包含了大量的C++头文件和源码文件，通常还会引入大量的第三方库文件。我们的项目中，开发人员编写的代码超过五十万行，还有大量的第三方库，例如boost、thrift、redis等，所有C++代码量超过几百万行，编译后的输出包含大量的动态链接库及少量的可执行程序；在服务端，进行跨语言混合开发无外乎涉及两方面，实现库时提供不同语言的实现，例如使用thrift框架可以生成C++、Java、Golang等语言的客户端、服务端版本，不同的组件可实现跨语言跨平台调用；另外一种主要涉及跨语言库调用。Examples\go目录下的示例没有讲述如何实现golang调用C++ dll，并且在官方文档中也没有找到如何实现。（通过D:\swigwin-3.0.12\Doc\Manual\index.html 可以查看最新版的3.0文档）。Google加百度没有找到一篇文档能够详细地指出windows环境下golang调用c++ dll的方法，在不断地编码尝试下，最终自己搞定。具体细节在后两篇文档中指出。