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在 Go 中调用 C++ 代码的完整指南

霞舞

发布： 2025-07-02 15:22:15

原创

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在 go 中调用 c++ 代码的完整指南

本教程详细介绍了如何在 Go 语言中调用 C++ 代码。通过 C 接口的桥梁，我们将展示如何封装 C++ 类，并在 Go 程序中使用它们。文章提供了完整的示例代码，包括 C++ 类的定义、C 接口的封装、Go 语言的调用以及相应的编译和测试步骤，帮助开发者理解和实践 Go 与 C++ 的混合编程。

Go 语言本身并不直接支持调用 C++ 代码，但它提供了 cgo 工具，允许 Go 程序调用 C 语言函数。因此，为了在 Go 中使用 C++ 代码，我们需要先将 C++ 代码封装成 C 接口。

封装 C++ 代码为 C 接口

这个过程的核心思想是，创建一个 C 接口作为 Go 和 C++ 之间的桥梁。这个接口将 C++ 类的功能暴露为 C 函数，然后 Go 程序就可以通过 cgo 调用这些 C 函数，从而间接使用 C++ 代码。

下面是一个具体的例子：

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假设我们有一个简单的 C++ 类 cxxFoo：

// foo.hpp
class cxxFoo {
public:
  int a;
  cxxFoo(int _a):a(_a){};
  ~cxxFoo(){};
  void Bar();
};

// foo.cpp
#include <iostream>
#include "foo.hpp"
void cxxFoo::Bar(void) {
  std::cout << this->a << std::endl;
}

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我们需要创建一个对应的 C 接口：

// foo.h
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

typedef void* Foo;

Foo FooInit(void);
void FooFree(Foo);
void FooBar(Foo);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

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这里的 Foo 类型被定义为 void*，这是因为 C 语言中没有类似于 C++ 类的概念。使用 void* 可以隐藏 C++ 类的具体实现细节，避免在 C 接口中暴露 C++ 的类型信息。

C 接口的实现如下：

// cfoo.cpp
#include "foo.hpp"
#include "foo.h"

Foo FooInit() {
  cxxFoo *ret = new cxxFoo(1);
  return (void*)ret;
}

void FooFree(Foo f) {
  cxxFoo *foo = (cxxFoo*)f;
  delete foo;
}

void FooBar(Foo f) {
  cxxFoo *foo = (cxxFoo*)f;
  foo->Bar();
}

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这个 C++ 代码实现了 C 接口中定义的函数，它负责创建、销毁和调用 C++ 类的成员函数。

在 Go 中调用 C 接口

有了 C 接口之后，我们就可以在 Go 程序中使用 cgo 来调用这些函数了。

// foo.go
package foo

/*
#include "foo.h"
*/
import "C"
import "unsafe"

type GoFoo struct {
    foo C.Foo
}

// New 创建一个新的 C++ 对象并返回封装后的 Go 结构体
func New() GoFoo {
    var ret GoFoo
    ret.foo = C.FooInit()
    return ret
}

// Free 释放 C++ 对象占用的内存
func (f GoFoo) Free() {
    C.FooFree(unsafe.Pointer(f.foo))
}

// Bar 调用 C++ 对象的 Bar 方法
func (f GoFoo) Bar() {
    C.FooBar(unsafe.Pointer(f.foo))
}

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在 Go 代码中，我们首先通过注释中的 #include "foo.h" 引入了 C 接口的头文件。然后，我们定义了一个 GoFoo 结构体，它包含一个 C.Foo 类型的字段，用于存储 C++ 对象的指针。

接下来，我们定义了 New、Free 和 Bar 等方法，这些方法分别调用了 C 接口中的 FooInit、FooFree 和 FooBar 函数。注意，由于 C 接口中使用的是 void* 类型，因此我们需要使用 unsafe.Pointer 将 C.Foo 类型转换为 unsafe.Pointer 类型，以便在 Go 和 C 之间传递指针。

编译和测试

为了编译和测试这个例子，我们需要创建一个 makefile 文件：

# makefile
TARG=foo
CGOFILES=foo.go
include $(GOROOT)/src/Make.$(GOARCH)
include $(GOROOT)/src/Make.pkg

foo.o: foo.cpp
    g++ $(_CGO_CFLAGS_$(GOARCH)) -fPIC -O2 -o $@ -c $(CGO_CFLAGS) $<

cfoo.o: cfoo.cpp
    g++ $(_CGO_CFLAGS_$(GOARCH)) -fPIC -O2 -o $@ -c $(CGO_CFLAGS) $<

CGO_LDFLAGS += -lstdc++

$(elem)_foo.so: foo.cgo4.o foo.o cfoo.o
    gcc $(_CGO_CFLAGS_$(GOARCH)) $(_CGO_LDFLAGS_$(GOOS)) -o $@ $^ $(CGO_LDFLAGS)

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这个 makefile 文件定义了编译 C++ 代码和链接 Go 代码的步骤。我们需要先编译 C++ 代码，然后将编译后的目标文件链接成一个共享库。

最后，我们可以创建一个测试文件来测试我们的代码：

// foo_test.go
package foo

import "testing"

func TestFoo(t *testing.T) {
    foo := New()
    foo.Bar()  // 应该输出 1
    foo.Free()
}

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运行 make test 命令，如果一切顺利，我们应该能够看到以下输出：

gotest
rm -f _test/foo.a _gotest_.6
6g -o _gotest_.6 foo.cgo1.go foo.cgo2.go foo_test.go
rm -f _test/foo.a
gopack grc _test/foo.a _gotest_.6  foo.cgo3.6
1
PASS

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注意事项

内存管理：在使用 cgo 调用 C++ 代码时，需要注意内存管理。由于 C++ 代码和 Go 代码运行在不同的内存空间中，因此我们需要手动管理 C++ 对象的内存。在 Go 代码中创建的 C++ 对象，需要在 Go 代码中显式地释放。
异常处理：C++ 异常不能跨越 cgo 的边界。如果 C++ 代码抛出了异常，这个异常不会传递到 Go 代码中。因此，我们需要在 C++ 代码中捕获异常，并将其转换为 C 接口可以处理的错误码。
继承关系：Go 语言没有继承的概念，因此在封装 C++ 类时，需要特别注意继承关系的处理。一种常见的做法是将 C++ 类的继承关系转换为 Go 语言的组合关系。