]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/blob - src/cmd/cgo/doc.go
1f635d7c098bca174708bf204d7830d6d9f642b4
[gostls13.git] / src / cmd / cgo / doc.go
1 // Copyright 2009 The Go Authors. All rights reserved.
2 // Use of this source code is governed by a BSD-style
3 // license that can be found in the LICENSE file.
4
5 /*
6 Cgo enables the creation of Go packages that call C code.
7
8 # Using cgo with the go command
9
10 To use cgo write normal Go code that imports a pseudo-package "C".
11 The Go code can then refer to types such as C.size_t, variables such
12 as C.stdout, or functions such as C.putchar.
13
14 If the import of "C" is immediately preceded by a comment, that
15 comment, called the preamble, is used as a header when compiling
16 the C parts of the package. For example:
17
18         // #include <stdio.h>
19         // #include <errno.h>
20         import "C"
21
22 The preamble may contain any C code, including function and variable
23 declarations and definitions. These may then be referred to from Go
24 code as though they were defined in the package "C". All names
25 declared in the preamble may be used, even if they start with a
26 lower-case letter. Exception: static variables in the preamble may
27 not be referenced from Go code; static functions are permitted.
28
29 See $GOROOT/cmd/cgo/internal/teststdio and $GOROOT/misc/cgo/gmp for examples. See
30 "C? Go? Cgo!" for an introduction to using cgo:
31 https://golang.org/doc/articles/c_go_cgo.html.
32
33 CFLAGS, CPPFLAGS, CXXFLAGS, FFLAGS and LDFLAGS may be defined with pseudo
34 #cgo directives within these comments to tweak the behavior of the C, C++
35 or Fortran compiler. Values defined in multiple directives are concatenated
36 together. The directive can include a list of build constraints limiting its
37 effect to systems satisfying one of the constraints
38 (see https://golang.org/pkg/go/build/#hdr-Build_Constraints for details about the constraint syntax).
39 For example:
40
41         // #cgo CFLAGS: -DPNG_DEBUG=1
42         // #cgo amd64 386 CFLAGS: -DX86=1
43         // #cgo LDFLAGS: -lpng
44         // #include <png.h>
45         import "C"
46
47 Alternatively, CPPFLAGS and LDFLAGS may be obtained via the pkg-config tool
48 using a '#cgo pkg-config:' directive followed by the package names.
49 For example:
50
51         // #cgo pkg-config: png cairo
52         // #include <png.h>
53         import "C"
54
55 The default pkg-config tool may be changed by setting the PKG_CONFIG environment variable.
56
57 For security reasons, only a limited set of flags are allowed, notably -D, -U, -I, and -l.
58 To allow additional flags, set CGO_CFLAGS_ALLOW to a regular expression
59 matching the new flags. To disallow flags that would otherwise be allowed,
60 set CGO_CFLAGS_DISALLOW to a regular expression matching arguments
61 that must be disallowed. In both cases the regular expression must match
62 a full argument: to allow -mfoo=bar, use CGO_CFLAGS_ALLOW='-mfoo.*',
63 not just CGO_CFLAGS_ALLOW='-mfoo'. Similarly named variables control
64 the allowed CPPFLAGS, CXXFLAGS, FFLAGS, and LDFLAGS.
65
66 Also for security reasons, only a limited set of characters are
67 permitted, notably alphanumeric characters and a few symbols, such as
68 '.', that will not be interpreted in unexpected ways. Attempts to use
69 forbidden characters will get a "malformed #cgo argument" error.
70
71 When building, the CGO_CFLAGS, CGO_CPPFLAGS, CGO_CXXFLAGS, CGO_FFLAGS and
72 CGO_LDFLAGS environment variables are added to the flags derived from
73 these directives. Package-specific flags should be set using the
74 directives, not the environment variables, so that builds work in
75 unmodified environments. Flags obtained from environment variables
76 are not subject to the security limitations described above.
77
78 All the cgo CPPFLAGS and CFLAGS directives in a package are concatenated and
79 used to compile C files in that package. All the CPPFLAGS and CXXFLAGS
80 directives in a package are concatenated and used to compile C++ files in that
81 package. All the CPPFLAGS and FFLAGS directives in a package are concatenated
82 and used to compile Fortran files in that package. All the LDFLAGS directives
83 in any package in the program are concatenated and used at link time. All the
84 pkg-config directives are concatenated and sent to pkg-config simultaneously
85 to add to each appropriate set of command-line flags.
86
87 When the cgo directives are parsed, any occurrence of the string ${SRCDIR}
88 will be replaced by the absolute path to the directory containing the source
89 file. This allows pre-compiled static libraries to be included in the package
90 directory and linked properly.
91 For example if package foo is in the directory /go/src/foo:
92
93         // #cgo LDFLAGS: -L${SRCDIR}/libs -lfoo
94
95 Will be expanded to:
96
97         // #cgo LDFLAGS: -L/go/src/foo/libs -lfoo
98
99 When the Go tool sees that one or more Go files use the special import
100 "C", it will look for other non-Go files in the directory and compile
101 them as part of the Go package. Any .c, .s, .S or .sx files will be
102 compiled with the C compiler. Any .cc, .cpp, or .cxx files will be
103 compiled with the C++ compiler. Any .f, .F, .for or .f90 files will be
104 compiled with the fortran compiler. Any .h, .hh, .hpp, or .hxx files will
105 not be compiled separately, but, if these header files are changed,
106 the package (including its non-Go source files) will be recompiled.
107 Note that changes to files in other directories do not cause the package
108 to be recompiled, so all non-Go source code for the package should be
109 stored in the package directory, not in subdirectories.
110 The default C and C++ compilers may be changed by the CC and CXX
111 environment variables, respectively; those environment variables
112 may include command line options.
113
114 The cgo tool will always invoke the C compiler with the source file's
115 directory in the include path; i.e. -I${SRCDIR} is always implied. This
116 means that if a header file foo/bar.h exists both in the source
117 directory and also in the system include directory (or some other place
118 specified by a -I flag), then "#include <foo/bar.h>" will always find the
119 local version in preference to any other version.
120
121 The cgo tool is enabled by default for native builds on systems where
122 it is expected to work. It is disabled by default when cross-compiling
123 as well as when the CC environment variable is unset and the default
124 C compiler (typically gcc or clang) cannot be found on the system PATH.
125 You can override the default by setting the CGO_ENABLED
126 environment variable when running the go tool: set it to 1 to enable
127 the use of cgo, and to 0 to disable it. The go tool will set the
128 build constraint "cgo" if cgo is enabled. The special import "C"
129 implies the "cgo" build constraint, as though the file also said
130 "//go:build cgo".  Therefore, if cgo is disabled, files that import
131 "C" will not be built by the go tool. (For more about build constraints
132 see https://golang.org/pkg/go/build/#hdr-Build_Constraints).
133
134 When cross-compiling, you must specify a C cross-compiler for cgo to
135 use. You can do this by setting the generic CC_FOR_TARGET or the
136 more specific CC_FOR_${GOOS}_${GOARCH} (for example, CC_FOR_linux_arm)
137 environment variable when building the toolchain using make.bash,
138 or you can set the CC environment variable any time you run the go tool.
139
140 The CXX_FOR_TARGET, CXX_FOR_${GOOS}_${GOARCH}, and CXX
141 environment variables work in a similar way for C++ code.
142
143 # Go references to C
144
145 Within the Go file, C's struct field names that are keywords in Go
146 can be accessed by prefixing them with an underscore: if x points at a C
147 struct with a field named "type", x._type accesses the field.
148 C struct fields that cannot be expressed in Go, such as bit fields
149 or misaligned data, are omitted in the Go struct, replaced by
150 appropriate padding to reach the next field or the end of the struct.
151
152 The standard C numeric types are available under the names
153 C.char, C.schar (signed char), C.uchar (unsigned char),
154 C.short, C.ushort (unsigned short), C.int, C.uint (unsigned int),
155 C.long, C.ulong (unsigned long), C.longlong (long long),
156 C.ulonglong (unsigned long long), C.float, C.double,
157 C.complexfloat (complex float), and C.complexdouble (complex double).
158 The C type void* is represented by Go's unsafe.Pointer.
159 The C types __int128_t and __uint128_t are represented by [16]byte.
160
161 A few special C types which would normally be represented by a pointer
162 type in Go are instead represented by a uintptr.  See the Special
163 cases section below.
164
165 To access a struct, union, or enum type directly, prefix it with
166 struct_, union_, or enum_, as in C.struct_stat.
167
168 The size of any C type T is available as C.sizeof_T, as in
169 C.sizeof_struct_stat.
170
171 A C function may be declared in the Go file with a parameter type of
172 the special name _GoString_. This function may be called with an
173 ordinary Go string value. The string length, and a pointer to the
174 string contents, may be accessed by calling the C functions
175
176         size_t _GoStringLen(_GoString_ s);
177         const char *_GoStringPtr(_GoString_ s);
178
179 These functions are only available in the preamble, not in other C
180 files. The C code must not modify the contents of the pointer returned
181 by _GoStringPtr. Note that the string contents may not have a trailing
182 NUL byte.
183
184 As Go doesn't have support for C's union type in the general case,
185 C's union types are represented as a Go byte array with the same length.
186
187 Go structs cannot embed fields with C types.
188
189 Go code cannot refer to zero-sized fields that occur at the end of
190 non-empty C structs. To get the address of such a field (which is the
191 only operation you can do with a zero-sized field) you must take the
192 address of the struct and add the size of the struct.
193
194 Cgo translates C types into equivalent unexported Go types.
195 Because the translations are unexported, a Go package should not
196 expose C types in its exported API: a C type used in one Go package
197 is different from the same C type used in another.
198
199 Any C function (even void functions) may be called in a multiple
200 assignment context to retrieve both the return value (if any) and the
201 C errno variable as an error (use _ to skip the result value if the
202 function returns void). For example:
203
204         n, err = C.sqrt(-1)
205         _, err := C.voidFunc()
206         var n, err = C.sqrt(1)
207
208 Calling C function pointers is currently not supported, however you can
209 declare Go variables which hold C function pointers and pass them
210 back and forth between Go and C. C code may call function pointers
211 received from Go. For example:
212
213         package main
214
215         // typedef int (*intFunc) ();
216         //
217         // int
218         // bridge_int_func(intFunc f)
219         // {
220         //              return f();
221         // }
222         //
223         // int fortytwo()
224         // {
225         //          return 42;
226         // }
227         import "C"
228         import "fmt"
229
230         func main() {
231                 f := C.intFunc(C.fortytwo)
232                 fmt.Println(int(C.bridge_int_func(f)))
233                 // Output: 42
234         }
235
236 In C, a function argument written as a fixed size array
237 actually requires a pointer to the first element of the array.
238 C compilers are aware of this calling convention and adjust
239 the call accordingly, but Go cannot. In Go, you must pass
240 the pointer to the first element explicitly: C.f(&C.x[0]).
241
242 Calling variadic C functions is not supported. It is possible to
243 circumvent this by using a C function wrapper. For example:
244
245         package main
246
247         // #include <stdio.h>
248         // #include <stdlib.h>
249         //
250         // static void myprint(char* s) {
251         //   printf("%s\n", s);
252         // }
253         import "C"
254         import "unsafe"
255
256         func main() {
257                 cs := C.CString("Hello from stdio")
258                 C.myprint(cs)
259                 C.free(unsafe.Pointer(cs))
260         }
261
262 A few special functions convert between Go and C types
263 by making copies of the data. In pseudo-Go definitions:
264
265         // Go string to C string
266         // The C string is allocated in the C heap using malloc.
267         // It is the caller's responsibility to arrange for it to be
268         // freed, such as by calling C.free (be sure to include stdlib.h
269         // if C.free is needed).
270         func C.CString(string) *C.char
271
272         // Go []byte slice to C array
273         // The C array is allocated in the C heap using malloc.
274         // It is the caller's responsibility to arrange for it to be
275         // freed, such as by calling C.free (be sure to include stdlib.h
276         // if C.free is needed).
277         func C.CBytes([]byte) unsafe.Pointer
278
279         // C string to Go string
280         func C.GoString(*C.char) string
281
282         // C data with explicit length to Go string
283         func C.GoStringN(*C.char, C.int) string
284
285         // C data with explicit length to Go []byte
286         func C.GoBytes(unsafe.Pointer, C.int) []byte
287
288 As a special case, C.malloc does not call the C library malloc directly
289 but instead calls a Go helper function that wraps the C library malloc
290 but guarantees never to return nil. If C's malloc indicates out of memory,
291 the helper function crashes the program, like when Go itself runs out
292 of memory. Because C.malloc cannot fail, it has no two-result form
293 that returns errno.
294
295 # C references to Go
296
297 Go functions can be exported for use by C code in the following way:
298
299         //export MyFunction
300         func MyFunction(arg1, arg2 int, arg3 string) int64 {...}
301
302         //export MyFunction2
303         func MyFunction2(arg1, arg2 int, arg3 string) (int64, *C.char) {...}
304
305 They will be available in the C code as:
306
307         extern GoInt64 MyFunction(int arg1, int arg2, GoString arg3);
308         extern struct MyFunction2_return MyFunction2(int arg1, int arg2, GoString arg3);
309
310 found in the _cgo_export.h generated header, after any preambles
311 copied from the cgo input files. Functions with multiple
312 return values are mapped to functions returning a struct.
313
314 Not all Go types can be mapped to C types in a useful way.
315 Go struct types are not supported; use a C struct type.
316 Go array types are not supported; use a C pointer.
317
318 Go functions that take arguments of type string may be called with the
319 C type _GoString_, described above. The _GoString_ type will be
320 automatically defined in the preamble. Note that there is no way for C
321 code to create a value of this type; this is only useful for passing
322 string values from Go to C and back to Go.
323
324 Using //export in a file places a restriction on the preamble:
325 since it is copied into two different C output files, it must not
326 contain any definitions, only declarations. If a file contains both
327 definitions and declarations, then the two output files will produce
328 duplicate symbols and the linker will fail. To avoid this, definitions
329 must be placed in preambles in other files, or in C source files.
330
331 # Passing pointers
332
333 Go is a garbage collected language, and the garbage collector needs to
334 know the location of every pointer to Go memory. Because of this,
335 there are restrictions on passing pointers between Go and C.
336
337 In this section the term Go pointer means a pointer to memory
338 allocated by Go (such as by using the & operator or calling the
339 predefined new function) and the term C pointer means a pointer to
340 memory allocated by C (such as by a call to C.malloc). Whether a
341 pointer is a Go pointer or a C pointer is a dynamic property
342 determined by how the memory was allocated; it has nothing to do with
343 the type of the pointer.
344
345 Note that values of some Go types, other than the type's zero value,
346 always include Go pointers. This is true of string, slice, interface,
347 channel, map, and function types. A pointer type may hold a Go pointer
348 or a C pointer. Array and struct types may or may not include Go
349 pointers, depending on the element types. All the discussion below
350 about Go pointers applies not just to pointer types, but also to other
351 types that include Go pointers.
352
353 All Go pointers passed to C must point to pinned Go memory. Go pointers
354 passed as function arguments to C functions have the memory they point to
355 implicitly pinned for the duration of the call. Go memory reachable from
356 these function arguments must be pinned as long as the C code has access
357 to it. Whether Go memory is pinned is a dynamic property of that memory
358 region; it has nothing to do with the type of the pointer.
359
360 Go values created by calling new, by taking the address of a composite
361 literal, or by taking the address of a local variable may also have their
362 memory pinned using [runtime.Pinner]. This type may be used to manage
363 the duration of the memory's pinned status, potentially beyond the
364 duration of a C function call. Memory may be pinned more than once and
365 must be unpinned exactly the same number of times it has been pinned.
366
367 Go code may pass a Go pointer to C provided the memory to which it
368 points does not contain any Go pointers to memory that is unpinned. When
369 passing a pointer to a field in a struct, the Go memory in question is
370 the memory occupied by the field, not the entire struct. When passing a
371 pointer to an element in an array or slice, the Go memory in question is
372 the entire array or the entire backing array of the slice.
373
374 C code may keep a copy of a Go pointer only as long as the memory it
375 points to is pinned.
376
377 C code may not keep a copy of a Go pointer after the call returns,
378 unless the memory it points to is pinned with [runtime.Pinner] and the
379 Pinner is not unpinned while the Go pointer is stored in C memory.
380 This implies that C code may not keep a copy of a string, slice,
381 channel, and so forth, because they cannot be pinned with
382 [runtime.Pinner].
383
384 The _GoString_ type also may not be pinned with [runtime.Pinner].
385 Because it includes a Go pointer, the memory it points to is only pinned
386 for the duration of the call; _GoString_ values may not be retained by C
387 code.
388
389 A Go function called by C code may return a Go pointer to pinned memory
390 (which implies that it may not return a string, slice, channel, and so
391 forth). A Go function called by C code may take C pointers as arguments,
392 and it may store non-pointer data, C pointers, or Go pointers to pinned
393 memory through those pointers. It may not store a Go pointer to unpinned
394 memory in memory pointed to by a C pointer (which again, implies that it
395 may not store a string, slice, channel, and so forth). A Go function
396 called by C code may take a Go pointer but it must preserve the property
397 that the Go memory to which it points (and the Go memory to which that
398 memory points, and so on) is pinned.
399
400 These rules are checked dynamically at runtime. The checking is
401 controlled by the cgocheck setting of the GODEBUG environment
402 variable. The default setting is GODEBUG=cgocheck=1, which implements
403 reasonably cheap dynamic checks. These checks may be disabled
404 entirely using GODEBUG=cgocheck=0. Complete checking of pointer
405 handling, at some cost in run time, is available via GODEBUG=cgocheck=2.
406
407 It is possible to defeat this enforcement by using the unsafe package,
408 and of course there is nothing stopping the C code from doing anything
409 it likes. However, programs that break these rules are likely to fail
410 in unexpected and unpredictable ways.
411
412 The runtime/cgo.Handle type can be used to safely pass Go values
413 between Go and C. See the runtime/cgo package documentation for details.
414
415 Note: the current implementation has a bug. While Go code is permitted
416 to write nil or a C pointer (but not a Go pointer) to C memory, the
417 current implementation may sometimes cause a runtime error if the
418 contents of the C memory appear to be a Go pointer. Therefore, avoid
419 passing uninitialized C memory to Go code if the Go code is going to
420 store pointer values in it. Zero out the memory in C before passing it
421 to Go.
422
423 # Optimizing calls of C code
424
425 When passing a Go pointer to a C function the compiler normally ensures
426 that the Go object lives on the heap. If the C function does not keep
427 a copy of the Go pointer, and never passes the Go pointer back to Go code,
428 then this is unnecessary. The #cgo noescape directive may be used to tell
429 the compiler that no Go pointers escape via the named C function.
430 If the noescape directive is used and the C function does not handle the
431 pointer safely, the program may crash or see memory corruption.
432
433 For example:
434
435         // #cgo noescape cFunctionName
436
437 When a Go function calls a C function, it prepares for the C function to
438 call back to a Go function. the #cgo nocallback directive may be used to
439 tell the compiler that these preparations are not necessary.
440 If the nocallback directive is used and the C function does call back into
441 Go code, the program will panic.
442
443 For example:
444
445         // #cgo nocallback cFunctionName
446
447 # Special cases
448
449 A few special C types which would normally be represented by a pointer
450 type in Go are instead represented by a uintptr. Those include:
451
452 1. The *Ref types on Darwin, rooted at CoreFoundation's CFTypeRef type.
453
454 2. The object types from Java's JNI interface:
455
456         jobject
457         jclass
458         jthrowable
459         jstring
460         jarray
461         jbooleanArray
462         jbyteArray
463         jcharArray
464         jshortArray
465         jintArray
466         jlongArray
467         jfloatArray
468         jdoubleArray
469         jobjectArray
470         jweak
471
472 3. The EGLDisplay and EGLConfig types from the EGL API.
473
474 These types are uintptr on the Go side because they would otherwise
475 confuse the Go garbage collector; they are sometimes not really
476 pointers but data structures encoded in a pointer type. All operations
477 on these types must happen in C. The proper constant to initialize an
478 empty such reference is 0, not nil.
479
480 These special cases were introduced in Go 1.10. For auto-updating code
481 from Go 1.9 and earlier, use the cftype or jni rewrites in the Go fix tool:
482
483         go tool fix -r cftype <pkg>
484         go tool fix -r jni <pkg>
485
486 It will replace nil with 0 in the appropriate places.
487
488 The EGLDisplay case was introduced in Go 1.12. Use the egl rewrite
489 to auto-update code from Go 1.11 and earlier:
490
491         go tool fix -r egl <pkg>
492
493 The EGLConfig case was introduced in Go 1.15. Use the eglconf rewrite
494 to auto-update code from Go 1.14 and earlier:
495
496         go tool fix -r eglconf <pkg>
497
498 # Using cgo directly
499
500 Usage:
501
502         go tool cgo [cgo options] [-- compiler options] gofiles...
503
504 Cgo transforms the specified input Go source files into several output
505 Go and C source files.
506
507 The compiler options are passed through uninterpreted when
508 invoking the C compiler to compile the C parts of the package.
509
510 The following options are available when running cgo directly:
511
512         -V
513                 Print cgo version and exit.
514         -debug-define
515                 Debugging option. Print #defines.
516         -debug-gcc
517                 Debugging option. Trace C compiler execution and output.
518         -dynimport file
519                 Write list of symbols imported by file. Write to
520                 -dynout argument or to standard output. Used by go
521                 build when building a cgo package.
522         -dynlinker
523                 Write dynamic linker as part of -dynimport output.
524         -dynout file
525                 Write -dynimport output to file.
526         -dynpackage package
527                 Set Go package for -dynimport output.
528         -exportheader file
529                 If there are any exported functions, write the
530                 generated export declarations to file.
531                 C code can #include this to see the declarations.
532         -importpath string
533                 The import path for the Go package. Optional; used for
534                 nicer comments in the generated files.
535         -import_runtime_cgo
536                 If set (which it is by default) import runtime/cgo in
537                 generated output.
538         -import_syscall
539                 If set (which it is by default) import syscall in
540                 generated output.
541         -gccgo
542                 Generate output for the gccgo compiler rather than the
543                 gc compiler.
544         -gccgoprefix prefix
545                 The -fgo-prefix option to be used with gccgo.
546         -gccgopkgpath path
547                 The -fgo-pkgpath option to be used with gccgo.
548         -gccgo_define_cgoincomplete
549                 Define cgo.Incomplete locally rather than importing it from
550                 the "runtime/cgo" package. Used for old gccgo versions.
551         -godefs
552                 Write out input file in Go syntax replacing C package
553                 names with real values. Used to generate files in the
554                 syscall package when bootstrapping a new target.
555         -objdir directory
556                 Put all generated files in directory.
557         -srcdir directory
558 */
559 package main
560
561 /*
562 Implementation details.
563
564 Cgo provides a way for Go programs to call C code linked into the same
565 address space. This comment explains the operation of cgo.
566
567 Cgo reads a set of Go source files and looks for statements saying
568 import "C". If the import has a doc comment, that comment is
569 taken as literal C code to be used as a preamble to any C code
570 generated by cgo. A typical preamble #includes necessary definitions:
571
572         // #include <stdio.h>
573         import "C"
574
575 For more details about the usage of cgo, see the documentation
576 comment at the top of this file.
577
578 Understanding C
579
580 Cgo scans the Go source files that import "C" for uses of that
581 package, such as C.puts. It collects all such identifiers. The next
582 step is to determine each kind of name. In C.xxx the xxx might refer
583 to a type, a function, a constant, or a global variable. Cgo must
584 decide which.
585
586 The obvious thing for cgo to do is to process the preamble, expanding
587 #includes and processing the corresponding C code. That would require
588 a full C parser and type checker that was also aware of any extensions
589 known to the system compiler (for example, all the GNU C extensions) as
590 well as the system-specific header locations and system-specific
591 pre-#defined macros. This is certainly possible to do, but it is an
592 enormous amount of work.
593
594 Cgo takes a different approach. It determines the meaning of C
595 identifiers not by parsing C code but by feeding carefully constructed
596 programs into the system C compiler and interpreting the generated
597 error messages, debug information, and object files. In practice,
598 parsing these is significantly less work and more robust than parsing
599 C source.
600
601 Cgo first invokes gcc -E -dM on the preamble, in order to find out
602 about simple #defines for constants and the like. These are recorded
603 for later use.
604
605 Next, cgo needs to identify the kinds for each identifier. For the
606 identifiers C.foo, cgo generates this C program:
607
608         <preamble>
609         #line 1 "not-declared"
610         void __cgo_f_1_1(void) { __typeof__(foo) *__cgo_undefined__1; }
611         #line 1 "not-type"
612         void __cgo_f_1_2(void) { foo *__cgo_undefined__2; }
613         #line 1 "not-int-const"
614         void __cgo_f_1_3(void) { enum { __cgo_undefined__3 = (foo)*1 }; }
615         #line 1 "not-num-const"
616         void __cgo_f_1_4(void) { static const double __cgo_undefined__4 = (foo); }
617         #line 1 "not-str-lit"
618         void __cgo_f_1_5(void) { static const char __cgo_undefined__5[] = (foo); }
619
620 This program will not compile, but cgo can use the presence or absence
621 of an error message on a given line to deduce the information it
622 needs. The program is syntactically valid regardless of whether each
623 name is a type or an ordinary identifier, so there will be no syntax
624 errors that might stop parsing early.
625
626 An error on not-declared:1 indicates that foo is undeclared.
627 An error on not-type:1 indicates that foo is not a type (if declared at all, it is an identifier).
628 An error on not-int-const:1 indicates that foo is not an integer constant.
629 An error on not-num-const:1 indicates that foo is not a number constant.
630 An error on not-str-lit:1 indicates that foo is not a string literal.
631 An error on not-signed-int-const:1 indicates that foo is not a signed integer constant.
632
633 The line number specifies the name involved. In the example, 1 is foo.
634
635 Next, cgo must learn the details of each type, variable, function, or
636 constant. It can do this by reading object files. If cgo has decided
637 that t1 is a type, v2 and v3 are variables or functions, and i4, i5
638 are integer constants, u6 is an unsigned integer constant, and f7 and f8
639 are float constants, and s9 and s10 are string constants, it generates:
640
641         <preamble>
642         __typeof__(t1) *__cgo__1;
643         __typeof__(v2) *__cgo__2;
644         __typeof__(v3) *__cgo__3;
645         __typeof__(i4) *__cgo__4;
646         enum { __cgo_enum__4 = i4 };
647         __typeof__(i5) *__cgo__5;
648         enum { __cgo_enum__5 = i5 };
649         __typeof__(u6) *__cgo__6;
650         enum { __cgo_enum__6 = u6 };
651         __typeof__(f7) *__cgo__7;
652         __typeof__(f8) *__cgo__8;
653         __typeof__(s9) *__cgo__9;
654         __typeof__(s10) *__cgo__10;
655
656         long long __cgodebug_ints[] = {
657                 0, // t1
658                 0, // v2
659                 0, // v3
660                 i4,
661                 i5,
662                 u6,
663                 0, // f7
664                 0, // f8
665                 0, // s9
666                 0, // s10
667                 1
668         };
669
670         double __cgodebug_floats[] = {
671                 0, // t1
672                 0, // v2
673                 0, // v3
674                 0, // i4
675                 0, // i5
676                 0, // u6
677                 f7,
678                 f8,
679                 0, // s9
680                 0, // s10
681                 1
682         };
683
684         const char __cgodebug_str__9[] = s9;
685         const unsigned long long __cgodebug_strlen__9 = sizeof(s9)-1;
686         const char __cgodebug_str__10[] = s10;
687         const unsigned long long __cgodebug_strlen__10 = sizeof(s10)-1;
688
689 and again invokes the system C compiler, to produce an object file
690 containing debug information. Cgo parses the DWARF debug information
691 for __cgo__N to learn the type of each identifier. (The types also
692 distinguish functions from global variables.) Cgo reads the constant
693 values from the __cgodebug_* from the object file's data segment.
694
695 At this point cgo knows the meaning of each C.xxx well enough to start
696 the translation process.
697
698 Translating Go
699
700 Given the input Go files x.go and y.go, cgo generates these source
701 files:
702
703         x.cgo1.go       # for gc (cmd/compile)
704         y.cgo1.go       # for gc
705         _cgo_gotypes.go # for gc
706         _cgo_import.go  # for gc (if -dynout _cgo_import.go)
707         x.cgo2.c        # for gcc
708         y.cgo2.c        # for gcc
709         _cgo_defun.c    # for gcc (if -gccgo)
710         _cgo_export.c   # for gcc
711         _cgo_export.h   # for gcc
712         _cgo_main.c     # for gcc
713         _cgo_flags      # for build tool (if -gccgo)
714
715 The file x.cgo1.go is a copy of x.go with the import "C" removed and
716 references to C.xxx replaced with names like _Cfunc_xxx or _Ctype_xxx.
717 The definitions of those identifiers, written as Go functions, types,
718 or variables, are provided in _cgo_gotypes.go.
719
720 Here is a _cgo_gotypes.go containing definitions for needed C types:
721
722         type _Ctype_char int8
723         type _Ctype_int int32
724         type _Ctype_void [0]byte
725
726 The _cgo_gotypes.go file also contains the definitions of the
727 functions. They all have similar bodies that invoke runtime·cgocall
728 to make a switch from the Go runtime world to the system C (GCC-based)
729 world.
730
731 For example, here is the definition of _Cfunc_puts:
732
733         //go:cgo_import_static _cgo_be59f0f25121_Cfunc_puts
734         //go:linkname __cgofn__cgo_be59f0f25121_Cfunc_puts _cgo_be59f0f25121_Cfunc_puts
735         var __cgofn__cgo_be59f0f25121_Cfunc_puts byte
736         var _cgo_be59f0f25121_Cfunc_puts = unsafe.Pointer(&__cgofn__cgo_be59f0f25121_Cfunc_puts)
737
738         func _Cfunc_puts(p0 *_Ctype_char) (r1 _Ctype_int) {
739                 _cgo_runtime_cgocall(_cgo_be59f0f25121_Cfunc_puts, uintptr(unsafe.Pointer(&p0)))
740                 return
741         }
742
743 The hexadecimal number is a hash of cgo's input, chosen to be
744 deterministic yet unlikely to collide with other uses. The actual
745 function _cgo_be59f0f25121_Cfunc_puts is implemented in a C source
746 file compiled by gcc, the file x.cgo2.c:
747
748         void
749         _cgo_be59f0f25121_Cfunc_puts(void *v)
750         {
751                 struct {
752                         char* p0;
753                         int r;
754                         char __pad12[4];
755                 } __attribute__((__packed__, __gcc_struct__)) *a = v;
756                 a->r = puts((void*)a->p0);
757         }
758
759 It extracts the arguments from the pointer to _Cfunc_puts's argument
760 frame, invokes the system C function (in this case, puts), stores the
761 result in the frame, and returns.
762
763 Linking
764
765 Once the _cgo_export.c and *.cgo2.c files have been compiled with gcc,
766 they need to be linked into the final binary, along with the libraries
767 they might depend on (in the case of puts, stdio). cmd/link has been
768 extended to understand basic ELF files, but it does not understand ELF
769 in the full complexity that modern C libraries embrace, so it cannot
770 in general generate direct references to the system libraries.
771
772 Instead, the build process generates an object file using dynamic
773 linkage to the desired libraries. The main function is provided by
774 _cgo_main.c:
775
776         int main() { return 0; }
777         void crosscall2(void(*fn)(void*), void *a, int c, uintptr_t ctxt) { }
778         uintptr_t _cgo_wait_runtime_init_done(void) { return 0; }
779         void _cgo_release_context(uintptr_t ctxt) { }
780         char* _cgo_topofstack(void) { return (char*)0; }
781         void _cgo_allocate(void *a, int c) { }
782         void _cgo_panic(void *a, int c) { }
783         void _cgo_reginit(void) { }
784
785 The extra functions here are stubs to satisfy the references in the C
786 code generated for gcc. The build process links this stub, along with
787 _cgo_export.c and *.cgo2.c, into a dynamic executable and then lets
788 cgo examine the executable. Cgo records the list of shared library
789 references and resolved names and writes them into a new file
790 _cgo_import.go, which looks like:
791
792         //go:cgo_dynamic_linker "/lib64/ld-linux-x86-64.so.2"
793         //go:cgo_import_dynamic puts puts#GLIBC_2.2.5 "libc.so.6"
794         //go:cgo_import_dynamic __libc_start_main __libc_start_main#GLIBC_2.2.5 "libc.so.6"
795         //go:cgo_import_dynamic stdout stdout#GLIBC_2.2.5 "libc.so.6"
796         //go:cgo_import_dynamic fflush fflush#GLIBC_2.2.5 "libc.so.6"
797         //go:cgo_import_dynamic _ _ "libpthread.so.0"
798         //go:cgo_import_dynamic _ _ "libc.so.6"
799
800 In the end, the compiled Go package, which will eventually be
801 presented to cmd/link as part of a larger program, contains:
802
803         _go_.o        # gc-compiled object for _cgo_gotypes.go, _cgo_import.go, *.cgo1.go
804         _all.o        # gcc-compiled object for _cgo_export.c, *.cgo2.c
805
806 If there is an error generating the _cgo_import.go file, then, instead
807 of adding _cgo_import.go to the package, the go tool adds an empty
808 file named dynimportfail. The _cgo_import.go file is only needed when
809 using internal linking mode, which is not the default when linking
810 programs that use cgo (as described below). If the linker sees a file
811 named dynimportfail it reports an error if it has been told to use
812 internal linking mode. This approach is taken because generating
813 _cgo_import.go requires doing a full C link of the package, which can
814 fail for reasons that are irrelevant when using external linking mode.
815
816 The final program will be a dynamic executable, so that cmd/link can avoid
817 needing to process arbitrary .o files. It only needs to process the .o
818 files generated from C files that cgo writes, and those are much more
819 limited in the ELF or other features that they use.
820
821 In essence, the _cgo_import.o file includes the extra linking
822 directives that cmd/link is not sophisticated enough to derive from _all.o
823 on its own. Similarly, the _all.o uses dynamic references to real
824 system object code because cmd/link is not sophisticated enough to process
825 the real code.
826
827 The main benefits of this system are that cmd/link remains relatively simple
828 (it does not need to implement a complete ELF and Mach-O linker) and
829 that gcc is not needed after the package is compiled. For example,
830 package net uses cgo for access to name resolution functions provided
831 by libc. Although gcc is needed to compile package net, gcc is not
832 needed to link programs that import package net.
833
834 Runtime
835
836 When using cgo, Go must not assume that it owns all details of the
837 process. In particular it needs to coordinate with C in the use of
838 threads and thread-local storage. The runtime package declares a few
839 variables:
840
841         var (
842                 iscgo             bool
843                 _cgo_init         unsafe.Pointer
844                 _cgo_thread_start unsafe.Pointer
845         )
846
847 Any package using cgo imports "runtime/cgo", which provides
848 initializations for these variables. It sets iscgo to true, _cgo_init
849 to a gcc-compiled function that can be called early during program
850 startup, and _cgo_thread_start to a gcc-compiled function that can be
851 used to create a new thread, in place of the runtime's usual direct
852 system calls.
853
854 Internal and External Linking
855
856 The text above describes "internal" linking, in which cmd/link parses and
857 links host object files (ELF, Mach-O, PE, and so on) into the final
858 executable itself. Keeping cmd/link simple means we cannot possibly
859 implement the full semantics of the host linker, so the kinds of
860 objects that can be linked directly into the binary is limited (other
861 code can only be used as a dynamic library). On the other hand, when
862 using internal linking, cmd/link can generate Go binaries by itself.
863
864 In order to allow linking arbitrary object files without requiring
865 dynamic libraries, cgo supports an "external" linking mode too. In
866 external linking mode, cmd/link does not process any host object files.
867 Instead, it collects all the Go code and writes a single go.o object
868 file containing it. Then it invokes the host linker (usually gcc) to
869 combine the go.o object file and any supporting non-Go code into a
870 final executable. External linking avoids the dynamic library
871 requirement but introduces a requirement that the host linker be
872 present to create such a binary.
873
874 Most builds both compile source code and invoke the linker to create a
875 binary. When cgo is involved, the compile step already requires gcc, so
876 it is not problematic for the link step to require gcc too.
877
878 An important exception is builds using a pre-compiled copy of the
879 standard library. In particular, package net uses cgo on most systems,
880 and we want to preserve the ability to compile pure Go code that
881 imports net without requiring gcc to be present at link time. (In this
882 case, the dynamic library requirement is less significant, because the
883 only library involved is libc.so, which can usually be assumed
884 present.)
885
886 This conflict between functionality and the gcc requirement means we
887 must support both internal and external linking, depending on the
888 circumstances: if net is the only cgo-using package, then internal
889 linking is probably fine, but if other packages are involved, so that there
890 are dependencies on libraries beyond libc, external linking is likely
891 to work better. The compilation of a package records the relevant
892 information to support both linking modes, leaving the decision
893 to be made when linking the final binary.
894
895 Linking Directives
896
897 In either linking mode, package-specific directives must be passed
898 through to cmd/link. These are communicated by writing //go: directives in a
899 Go source file compiled by gc. The directives are copied into the .o
900 object file and then processed by the linker.
901
902 The directives are:
903
904 //go:cgo_import_dynamic <local> [<remote> ["<library>"]]
905
906         In internal linking mode, allow an unresolved reference to
907         <local>, assuming it will be resolved by a dynamic library
908         symbol. The optional <remote> specifies the symbol's name and
909         possibly version in the dynamic library, and the optional "<library>"
910         names the specific library where the symbol should be found.
911
912         On AIX, the library pattern is slightly different. It must be
913         "lib.a/obj.o" with obj.o the member of this library exporting
914         this symbol.
915
916         In the <remote>, # or @ can be used to introduce a symbol version.
917
918         Examples:
919         //go:cgo_import_dynamic puts
920         //go:cgo_import_dynamic puts puts#GLIBC_2.2.5
921         //go:cgo_import_dynamic puts puts#GLIBC_2.2.5 "libc.so.6"
922
923         A side effect of the cgo_import_dynamic directive with a
924         library is to make the final binary depend on that dynamic
925         library. To get the dependency without importing any specific
926         symbols, use _ for local and remote.
927
928         Example:
929         //go:cgo_import_dynamic _ _ "libc.so.6"
930
931         For compatibility with current versions of SWIG,
932         #pragma dynimport is an alias for //go:cgo_import_dynamic.
933
934 //go:cgo_dynamic_linker "<path>"
935
936         In internal linking mode, use "<path>" as the dynamic linker
937         in the final binary. This directive is only needed from one
938         package when constructing a binary; by convention it is
939         supplied by runtime/cgo.
940
941         Example:
942         //go:cgo_dynamic_linker "/lib/ld-linux.so.2"
943
944 //go:cgo_export_dynamic <local> <remote>
945
946         In internal linking mode, put the Go symbol
947         named <local> into the program's exported symbol table as
948         <remote>, so that C code can refer to it by that name. This
949         mechanism makes it possible for C code to call back into Go or
950         to share Go's data.
951
952         For compatibility with current versions of SWIG,
953         #pragma dynexport is an alias for //go:cgo_export_dynamic.
954
955 //go:cgo_import_static <local>
956
957         In external linking mode, allow unresolved references to
958         <local> in the go.o object file prepared for the host linker,
959         under the assumption that <local> will be supplied by the
960         other object files that will be linked with go.o.
961
962         Example:
963         //go:cgo_import_static puts_wrapper
964
965 //go:cgo_export_static <local> <remote>
966
967         In external linking mode, put the Go symbol
968         named <local> into the program's exported symbol table as
969         <remote>, so that C code can refer to it by that name. This
970         mechanism makes it possible for C code to call back into Go or
971         to share Go's data.
972
973 //go:cgo_ldflag "<arg>"
974
975         In external linking mode, invoke the host linker (usually gcc)
976         with "<arg>" as a command-line argument following the .o files.
977         Note that the arguments are for "gcc", not "ld".
978
979         Example:
980         //go:cgo_ldflag "-lpthread"
981         //go:cgo_ldflag "-L/usr/local/sqlite3/lib"
982
983 A package compiled with cgo will include directives for both
984 internal and external linking; the linker will select the appropriate
985 subset for the chosen linking mode.
986
987 Example
988
989 As a simple example, consider a package that uses cgo to call C.sin.
990 The following code will be generated by cgo:
991
992         // compiled by gc
993
994         //go:cgo_ldflag "-lm"
995
996         type _Ctype_double float64
997
998         //go:cgo_import_static _cgo_gcc_Cfunc_sin
999         //go:linkname __cgo_gcc_Cfunc_sin _cgo_gcc_Cfunc_sin
1000         var __cgo_gcc_Cfunc_sin byte
1001         var _cgo_gcc_Cfunc_sin = unsafe.Pointer(&__cgo_gcc_Cfunc_sin)
1002
1003         func _Cfunc_sin(p0 _Ctype_double) (r1 _Ctype_double) {
1004                 _cgo_runtime_cgocall(_cgo_gcc_Cfunc_sin, uintptr(unsafe.Pointer(&p0)))
1005                 return
1006         }
1007
1008         // compiled by gcc, into foo.cgo2.o
1009
1010         void
1011         _cgo_gcc_Cfunc_sin(void *v)
1012         {
1013                 struct {
1014                         double p0;
1015                         double r;
1016                 } __attribute__((__packed__)) *a = v;
1017                 a->r = sin(a->p0);
1018         }
1019
1020 What happens at link time depends on whether the final binary is linked
1021 using the internal or external mode. If other packages are compiled in
1022 "external only" mode, then the final link will be an external one.
1023 Otherwise the link will be an internal one.
1024
1025 The linking directives are used according to the kind of final link
1026 used.
1027
1028 In internal mode, cmd/link itself processes all the host object files, in
1029 particular foo.cgo2.o. To do so, it uses the cgo_import_dynamic and
1030 cgo_dynamic_linker directives to learn that the otherwise undefined
1031 reference to sin in foo.cgo2.o should be rewritten to refer to the
1032 symbol sin with version GLIBC_2.2.5 from the dynamic library
1033 "libm.so.6", and the binary should request "/lib/ld-linux.so.2" as its
1034 runtime dynamic linker.
1035
1036 In external mode, cmd/link does not process any host object files, in
1037 particular foo.cgo2.o. It links together the gc-generated object
1038 files, along with any other Go code, into a go.o file. While doing
1039 that, cmd/link will discover that there is no definition for
1040 _cgo_gcc_Cfunc_sin, referred to by the gc-compiled source file. This
1041 is okay, because cmd/link also processes the cgo_import_static directive and
1042 knows that _cgo_gcc_Cfunc_sin is expected to be supplied by a host
1043 object file, so cmd/link does not treat the missing symbol as an error when
1044 creating go.o. Indeed, the definition for _cgo_gcc_Cfunc_sin will be
1045 provided to the host linker by foo2.cgo.o, which in turn will need the
1046 symbol 'sin'. cmd/link also processes the cgo_ldflag directives, so that it
1047 knows that the eventual host link command must include the -lm
1048 argument, so that the host linker will be able to find 'sin' in the
1049 math library.
1050
1051 cmd/link Command Line Interface
1052
1053 The go command and any other Go-aware build systems invoke cmd/link
1054 to link a collection of packages into a single binary. By default, cmd/link will
1055 present the same interface it does today:
1056
1057         cmd/link main.a
1058
1059 produces a file named a.out, even if cmd/link does so by invoking the host
1060 linker in external linking mode.
1061
1062 By default, cmd/link will decide the linking mode as follows: if the only
1063 packages using cgo are those on a list of known standard library
1064 packages (net, os/user, runtime/cgo), cmd/link will use internal linking
1065 mode. Otherwise, there are non-standard cgo packages involved, and cmd/link
1066 will use external linking mode. The first rule means that a build of
1067 the godoc binary, which uses net but no other cgo, can run without
1068 needing gcc available. The second rule means that a build of a
1069 cgo-wrapped library like sqlite3 can generate a standalone executable
1070 instead of needing to refer to a dynamic library. The specific choice
1071 can be overridden using a command line flag: cmd/link -linkmode=internal or
1072 cmd/link -linkmode=external.
1073
1074 In an external link, cmd/link will create a temporary directory, write any
1075 host object files found in package archives to that directory (renamed
1076 to avoid conflicts), write the go.o file to that directory, and invoke
1077 the host linker. The default value for the host linker is $CC, split
1078 into fields, or else "gcc". The specific host linker command line can
1079 be overridden using command line flags: cmd/link -extld=clang
1080 -extldflags='-ggdb -O3'. If any package in a build includes a .cc or
1081 other file compiled by the C++ compiler, the go tool will use the
1082 -extld option to set the host linker to the C++ compiler.
1083
1084 These defaults mean that Go-aware build systems can ignore the linking
1085 changes and keep running plain 'cmd/link' and get reasonable results, but
1086 they can also control the linking details if desired.
1087
1088 */