Golang在ARM/Linux平台上函數參數的傳遞

這是一個建立於 的文章，其中的資訊可能已經有所發展或是發生改變。 一．前言

    作為一名初級的嵌入式軟體開發從業者，工作中大部分項目以C語言實現。使用C語言來編寫代碼，通常我們可以預測到編譯產生的彙編/機器編碼的大致情況，在不同的晶片架構上，有其相應的ABI標準。而近年來逐漸流行起來的Go語言編程，雖然同樣文法上和C語言文法都有較為簡單的特點，也都是編譯型的靜態語言，但我們對它在基本類型——函數參數的傳遞方式就瞭解很少了。另外，Go語言的函數可以有多個傳回值，其底層機制是如何?的，也需要分析探究一下。

    本文將記錄Golang官方編譯器產生的可執行檔在ARM/Linux平台上函數傳遞的分析過程。測試使用的裝置是一部安卓手機，在其中安裝了Bash、Git、Vim、GDB等開源軟體（安裝過程請參考https://pan.baidu.com/s/1i5o6Lwh中的《安裝記錄.docx》），並在C4DROID中找到了可在安卓中執行的GCC編譯器，這樣就可以在手機上編譯Golang編譯器了，其版本為1.4.3。之所以選擇該版本的Golang編譯器，是因為後續版本的Golang編譯器的編譯可能會依賴現有的Golang編譯器，這就會產生一個雞生蛋、蛋生雞的問題了。使用TELNET登入手機後，可以查看到，現在已經可以正常工作了：

二．擷取當前的棧指標

    我們知道Go語言的函數定義的關鍵字為func，其傳回值可以為空白，或者有多個傳回值，於是我們猜測它是以棧來傳遞參數和傳回值的，當然事實確實也是如此，那麼在分析函數在調用瞬間、函數返回瞬間，其參數和傳回值在棧空間上如何分配這個問題之前，我們需要擷取當前函數執行的棧指標。但與C語言不同，Go語言並不支援內聯彙編，那我們就需要使用其它的方法。

    這個方法也比較直接，使用彙編來實現，參照Golang程式碼程式庫的一些彙編格式，我們建立了一個nonsafe包，提供了一個Fetchsp()函數:

    當這個函數被引用，產生的可執行檔中該彙編產生的指令為：

    可以看到，我們將棧指標存放在了棧指標的4位元組位移處，這樣的就隱含了我們已知函數傳回值的方法，後面我們會對其進一步驗證。另外，RET偽指令被編譯為add pc, lr, #0,可見Golang 1.4.3版本的ARM彙編器仍不完善。

三．簡單函數的參數傳遞和傳回值

    有了當前函數的棧指標後，我們就可以直接把函數在調用前後的棧上面的資料使用fmt包中的類printf函數輸出查看了。相應的代碼為：

    直接編譯並執行，可以得到結果：

    雖然如此，我們不能確定Fetchsp()返回的棧針是正確的，這就需要對產生的可執行檔進一步查看，得到在調用Fetchsp()之前的指令地址：

    中高亮的部分是我們感興趣的地方。使用gdb調試，讓它在調用Fetchsp()之前停下來：

    這樣，我們就可以確定，Fetchsp函數在Golang 1.4.3版本的正確性了。通過對執行結果的仔細分析，可以得出其下結論：

    函數在傳遞參數時，在當前函數棧指標4位元組位移處開始傳參，[sp + 0x4]為函數第一個參數（0x7e0 = 2016）,[sp + 0x8]為函數第二個參數（0x7d9 = 2009）；當函數返回時，返回參數存放在最後一個參數之後的位置，即[sp+ 0xc]（0x3ee = 2016 * 2009 / (2016 + 2009) = 1006）。

四．interface{}作為函數參數的傳遞

    Go語言中的函數也支援多個、不確定的參數傳遞，在《Programming In Go》一書的5.2.2.2一節中提到了類型檢測，修改過後的函數如下：

    可以看到，函數classifier()除了第一個參數類型是確定的之外，其他參數都是類型和個數不確定的。在C語言中，也有類似的函數，如printf(const char *, …)等。但是我們知道，諸如printf()之類的函數，可變參數部分基本上都是壓入棧的，而且沒有類型資訊，其類型是根據格式化字串來推測的。而Go語言則支援類型檢測，其實現的機制是怎樣的呢？

    通過對產生的可執行檔分析，可以確定在調用classifier()函數之前，入棧了四個參數或者說，入棧了四個值：

    除了第一個指標函數外，那麼可以說只有三個值用於interface{}的多個參數傳遞了。於是我們猜測這三個值類似於一個結構體，包含了所有的可變參數的類型資訊和其相應的值。經過測試，我們使用下面的代碼將其輸出：

    這一段代碼比較難看，並不是因為寫的很複雜，而是因為使用了很多的“強制類型轉換”。在Go語言中，指標不參與數學運算，只好將其轉化為uintptr類型，再轉化為指標並對其解引用。先來看一下執行的結果：

    從可以看到，上面解構造的解析可變參數的功能可以得到可變參數的資訊，與類型檢測得到的參數值很相近，這就說明了上面的解析是正確的。那麼，可變參數列表的資訊結構是怎樣的呢？

    可以確認，一個可變參數列表在棧上傳遞會有三個值，其中後兩個值很可能是相同的，表示為可變參數的個數（在例子中我們傳入了6個可變參數），而第一個值指向了一段棧空間，其中會有兩倍於可變參數的資料，每兩個為一組，其中第一個值為一個指標或標識，用於確定該參數的類型；第二個值為該參數的指標，同樣的，該指標指向棧空間，此處存放了該參數的值。其中有一個例外是nil，它的類型和指標都是0。為了進一步確認這一點，可以查看最後一個參數,float32(2016)，使用MATLAB可以驗證其十六進位的表示為0x44fc0000:

五．總結

    瞭解Golang語言編譯出的可執行檔的函數傳參機制，可能對學習Go語言的協助並不大。另外，這些函數傳參的機制在GCCGO編譯產生的可執行檔中並不存在。儘管如此，瞭解一些Golang底層的實現細節，仍然是十分有趣的，也可以略微滿足一下我們對Golang的"ABI"探究的心理。