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深入Go的底层,带你走近一群有追求的人

上周六晚上,我参加了“Go夜读”活动,这期主要讲Go汇编语言,由滴滴大佬曹春晖大神主讲。活动结束后,我感觉打通了任督二脉。活动从晚上9点到深夜11点多,全程深度参与,大呼过瘾,以至于活动结束之后,久久不能平静。

可以说理解了Go汇编语言,就可以让我们对Go的理解上一个台阶,很多以前模棱的东西,在汇编语言面前都无所遁形了。我在活动上收获了很多,今天我来作一个总结,希望给大家带来启发!

缘起

几周前我写了一篇关于defer的文章:《Golang之如何轻松化解defer的温柔陷阱》。这篇文章发出后不久就被GoCN的每日新闻收录了,然后就被Go夜读群的大佬杨文看到了,之后被邀请去夜读活动分享。

正式分享前,我又主题阅读了很多文章,以求把defer讲清楚。阅读过程中,我发现但凡深入一点的文章,都会抛出Go汇编语言。于是就去搜索资料,无奈相关的资料太少,看得云里雾里,最后到了真正要分享的时候也没有完全弄清楚。

夜读活动结束之后,杨大发布了由春晖大神带来的夜读分享预告:《plan9 汇编入门,带你打通应用和底层》。我得知这个消息后,非常激动!终于有牛人可以讲讲Go汇编语言了,听完之后估计会有很大提升,也能搞懂defer的底层原理了!

接着,我发现,春晖大神竟然和我在同一个公司!我在公司内网上搜到了他写的plan9汇编相关文章,发布到Go夜读的github上。我提前花时间预习完了文章,整理出了遇到的问题。

周六晚上9点准时开讲,曹大的准备很充分!原来1个小时的时间被拉长到了2个多小时,而曹大精力和反应一直很迅速,问的问题很快就能得到回答。我全程和曹大直接对话,感觉简直不要太爽!

这篇文章既是对这次夜读的总结,也是为了宣传一下Go夜读活动。那里是一群有追求的人,他们每周都会聚在一起,通过网络,探讨Go语言的方方面面。我相信,参与的人都会有很多不同的收获。

我直接参与的Go夜读活动有三期,一期分享,两期听讲,每次都有很多的收获。

自我介绍的技巧

很多人都不知道怎么做好一个自我介绍,要么含糊其辞,介绍完大家都不知道你讲了什么;要么说了半天无效的信息,大家并不关心的事情,搞得很尴尬。 其实自我介绍没那么难,掌握套路后,是可以做得很好的!

我在上上期Go夜读分享的时候,用一张PPT完成了自我介绍。包含了四个方面:个人基本信息出现在此时此地的原因我能带来的帮助我希望得到的帮助

个人基本信息包括你叫什么名字,是哪里人,在什么地方工作,毕业于哪个学校,有什么兴趣爱好……这些基本的属性。这些信息可以让大家快速形成对你的直观认识。

出现在此时此地的原因,可以讲解你的故事。你在什么地方通过什么人知道了这个活动,然后因为什么打动你来参加……通过故事可以迅速拉近与现场其他参与者的距离。

我能带来的帮助,参加活动的人都是想获取一些东西的:知识、经验、见闻等等。但是,我们不能只索取,不付出。因此,可以讲讲你可以提供的帮助。比如我可以联系场地,我会写宣传文章等等,你可以讲出你独特的价值。

我希望得到的帮助。每个参与的人都希望从活动中获得自己想要的东西,正是因为此,这个活动对于参与者才有意义,也才会持续下去的动力。

这四个方面,可以组成一个非常精彩的自我介绍。它最早是我在听罗胖的《罗辑思维》听到的,我把它写进了我的人生算法里,今天推荐给大家。希望大家以后在需要自我介绍的场合有话可说,而且能说的精彩。

自我介绍

硬核知识点

什么是plan9汇编

我们知道,CPU是只认二进制指令的,也就是一串的0101;人类无法记住这些二进制码,于是发明了汇编语言。汇编语言实际上是二进制指令的文本形式,它与指令可以一一对应。

每一种CPU指令都是不一样的,因此对应的汇编语言也就不一样。人类写完汇编语言后,把它转换成二进制码,就可以被机器执行了。转换的动作由编译器完成。

Go语言的编译器和汇编器都带了一个-S参数,可以查看生成的最终目标代码。通过对比目标代码和原始的Go语言或Go汇编语言代码的差异可以加深对底层实现的理解。

Go汇编语言实际上来源于plan9汇编语言,而plan9汇编语言最初来源于Go语言作者之一的Ken Thompson为plan9系统所写的C语言编译器输出的汇编伪代码。这里强烈推荐一下春晖大神的新书《Go语言高级编程》,即将上市,电子版的点击阅读原文可以看到地址,书中有一整个章节讲Go的汇编语言,非常精彩!

理解Go的汇编语言,哪怕只是一点点,都能对Go的运行机制有更深入的理解。比如我们以前讲的defer,如果从Go源码编译后的汇编代码来看,就能深刻地掌握它的底层原理。再比如,很多文章都会分析Go的函数参数传递都是值传递,如果把汇编代码秀出来,很容易就能得出结论。

汇编角度看函数调用及返回过程

假设我们有一个这样年幼无知的例子,求两个int的和,Go源码如下:

package main

func main() {
	_ = add(3,5)
}

func add(a, b int) int {
	return a+b
}
复制代码

使用如下命令得到汇编代码:

go tool compile -S main.go
复制代码

go tool compile命令用于调用Go语言提供的底层命令工具,其中-S参数表示输出汇编格式。

我们现在只关心add函数的汇编代码:

"".add STEXT nosplit size=19 args=0x18 locals=0x0
        0x0000 00000 (main.go:7)        TEXT    "".add(SB), NOSPLIT, $0-24
        0x0000 00000 (main.go:7)        FUNCDATA        $0, gclocals·54241e171da8af6ae173d69da0236748(SB)
        0x0000 00000 (main.go:7)        FUNCDATA        $1, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
        0x0000 00000 (main.go:7)        MOVQ    "".b+16(SP), AX
        0x0005 00005 (main.go:7)        MOVQ    "".a+8(SP), CX
        0x000a 00010 (main.go:8)        ADDQ    CX, AX
        0x000d 00013 (main.go:8)        MOVQ    AX, "".~r2+24(SP)
        0x0012 00018 (main.go:8)        RET
复制代码

看不懂没关系,我目前也不是全部都懂,但是对于理解一个函数调用的整体过程而言,足够了。

0x0000 00000 (main.go:7)        TEXT    "".add(SB), NOSPLIT, $0-24
复制代码

这一行表示定义add这个函数,最后的数字$0-24,其中0表示函数栈帧大小为0;24表示参数及返回值的大小:参数是2个int型变量,返回值是1个int型变量,共24字节。

再看中间这四行:

        0x0000 00000 (main.go:7)        MOVQ    "".b+16(SP), AX
        0x0005 00005 (main.go:7)        MOVQ    "".a+8(SP), CX
        0x000a 00010 (main.go:8)        ADDQ    CX, AX
        0x000d 00013 (main.go:8)        MOVQ    AX, "".~r2+24(SP)
复制代码

代码片段中的第1行,将第2个参数b搬到AX寄存器;第2行将1个参数a搬到寄存器CX;第3行将ab相加,相加的结果搬到AX;最后一行,将结果搬到返回参数的地址,这段汇编代码非常简单,来看一下函数调用者和被调者的栈帧图:

(SP)指栈顶,b+16(SP)表示裸骑1的位置,从SP往上增加16个字节,注意,前面的b仅表示一个标号;同样,a+8(SP)表示实参0;~r2+24(SP)则表示返回值的位置。

具体可以看下面的图:

add函数栈帧

上面add函数的栈帧大小为0,其实更一般的调用者与被调用者的栈帧示意图如下:

栈帧

最后,执行RET指令。这一步把被调用函数add栈帧清零,接着,弹出栈顶的返回地址,把它赋给指令寄存器rip,而返回地址就是main函数里调用add函数的下一行。

于是,又回到了main函数的执行环境,add函数的栈帧也被销毁了。但是注意,这块内存是没有被清零的,清零动作是之后再次申请这块内存的时候要做的事。比如,声明了一个int型变量,它的默认值是0,清零的动作是在这里完成的。

这样,main函数完成了函数调用,也拿到了返回值,完美。

汇编角度看slice

再来看一个例子,我们来看看slice的底层到底是什么。

package main

func main() {
	s := make([]int, 3, 10)
	_ = f(s)
}

func f(s []int) int {
	return s[1]
}
复制代码

用上面同样的命令得到汇编代码,我们只关注f函数的汇编代码:

"".f STEXT nosplit size=53 args=0x20 locals=0x8
        // 栈帧大小为8字节,参数和返回值为32字节
        0x0000 00000 (main.go:8)        TEXT    "".f(SB), NOSPLIT, $8-32
        // SP栈顶指针下移8字节
        0x0000 00000 (main.go:8)        SUBQ    $8, SP
        // 将BP寄存器的值入栈
        0x0004 00004 (main.go:8)        MOVQ    BP, (SP)
        // 将新的栈顶地址保存到BP寄存器
        0x0008 00008 (main.go:8)        LEAQ    (SP), BP
        0x000c 00012 (main.go:8)        FUNCDATA        $0, gclocals·4032f753396f2012ad1784f398b170f4(SB)
        0x000c 00012 (main.go:8)        FUNCDATA        $1, gclocals·69c1753bd5f81501d95132d08af04464(SB)
        // 取出slice的长度len
        0x000c 00012 (main.go:8)        MOVQ    "".s+24(SP), AX
        // 比较索引1是否超过len
        0x0011 00017 (main.go:9)        CMPQ    AX, $1
        // 如果超过len,越界了。跳转到46
        0x0015 00021 (main.go:9)        JLS     46
        // 将slice的数据首地址加载到AX寄存器
        0x0017 00023 (main.go:9)        MOVQ    "".s+16(SP), AX
        // 将第8byte地址的元素保存到AX寄存器,也就是salaries[1]
        0x001c 00028 (main.go:9)        MOVQ    8(AX), AX
        // 将结果拷贝到返回参数的位置(y)
        0x0020 00032 (main.go:9)        MOVQ    AX, "".~r1+40(SP)
        // 恢复BP的值
        0x0025 00037 (main.go:9)        MOVQ    (SP), BP
        // SP向上移动8个字节
        0x0029 00041 (main.go:9)        ADDQ    $8, SP
        // 返回
        0x002d 00045 (main.go:9)        RET
        0x002e 00046 (main.go:9)        PCDATA  $0, $1
        // 越界,panic
        0x002e 00046 (main.go:9)        CALL    runtime.panicindex(SB)
        0x0033 00051 (main.go:9)        UNDEF
        0x0000 48 83 ec 08 48 89 2c 24 48 8d 2c 24 48 8b 44 24  H...H.,$H.,$H.D$
        0x0010 18 48 83 f8 01 76 17 48 8b 44 24 10 48 8b 40 08  .H...v.H.D$.H.@.
        0x0020 48 89 44 24 28 48 8b 2c 24 48 83 c4 08 c3 e8 00  H.D$(H.,$H......
        0x0030 00 00 00 0f 0b                                   .....
        rel 47+4 t=8 runtime.panicindex+0
复制代码

通过上面的汇编代码,我们画出函数调用的栈帧图:

f函数栈帧

我们可以清晰地看到,一个slice本质上是用一个数据首地址,一个长度Len,一个容量Cap。所以在参数是slice的函数里,对slice的操作会影响到实参的slice。

正确参与Go夜读活动的方式

最后再说一下Go夜读活动的方式和目标。引自Go夜读的github说明文件:

由一个主讲人带着大家一起去阅读 Go 源代码,一起去啃那些难啃的算法、学习代码里面的奇淫技巧,遇到问题或者有疑惑了,我们可以一起去检索,解答这些问题。我们可以一起学习,共同成长。

我们希望可以推进大家深入了解 Go ,快速成长为资深的 Gopher 。我们希望每次来了的人和没来的人都能够有收获,成长。

前面我说Go夜读活动的小伙伴是一群有追求的人,这里我也指出一些问题吧。就我参与的三期来看,虽然zoom接入人数很多,高峰期50+人,但是全过程大家交流比较少,基本上是主讲人一个人在那自嗨。春晖大佬讲的那期,只有我全程提问。感觉像是我们两个人在对话,我的问题弄清楚了,只是不知道其他的参与同学如何?

我再给分享者和参与者提一些建议吧:

对于分享者,事先做好充足的准备,可以在文章里列出主要的点,放在github里,参考春晖大佬的plan9汇编讲义;最重要的一点,分享前给大家提供一份预习资料。

对于参与者,能获得最多收获的方式就是会前预习,会中积极提问,会后复习总结发散。另外,强烈建议参与者会前要准备至少一个问题,有针对性地听,才会有收获。会中也要积极提问,这也是对主讲者的反馈,不至于主讲者觉得只有自己在对着电脑讲。

最后,欢迎每一个学习Go语言的同学都能来Go夜读看看!点击阅读原文可以看到文章里提到的所有资料,包括上期曹大plan9汇编的视频回放,不容错过!

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