Go实现启动参数加载

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导读	刚学 Go 的同学一定思考过 Go 程序的启动过程，关于这个问题可以看饶大的文章 Go 程序是怎样跑起来的。今天我们将问题缩小，来学习 Go 程序是怎么加载启动参数，以及如何进行参数解析。

Go 实现启动参数加载

C 参数解析

学习过 C 语言的童鞋，一定对 argc 和 argv 不会陌生。

C 程序总是从主函数 main 开始执行的，而在带参数的主函数中，依照惯例，会使用 argc 和 argv 的命名作为主函数参数。

其中，argc (argument count)代表的是命令行参数个数，argv(argument value) 是用来存放指向参数的指针数组。

#include  
 
int main(int argc, char *argv[]) 
{printf("argc = %d\n",argc); 
 printf("argv[0] = %s, argv[1] = %s, argv[2] = %s \n", argv[0], argv[1], argv[2]); 
 return 0; 
}

编译执行以上 C 代码，得到输出如下

$ gcc c_main.c -o main 
$ ./main foo bar sss ddd 
argc = 5 
argv[0] = ./main, argv[1] = foo, argv[2] = bar

那在 Go 语言中，又该如何获取命令行参数呢?

os.Args 加载

同 C 一样，Go 程序也是从 main 主函数开始 (用户层) 执行，但主函数中并没有定义 argc 和 argv。

我们可以通过 os.Args 函数，获取命令行参数。

package main 
 
import ( 
 "fmt" 
 "os" 
) 
 
func main() { 
 for i, v := range os.Args {fmt.Printf("arg[%d]: %v\n", i, v) 
 } 
}

编译执行 Go 函数

$ go build main.go 
 $ ./main foo bar sss ddd 
arg[0]: ./main 
arg[1]: foo 
arg[2]: bar 
arg[3]: sss 
arg[4]: ddd

同 C 一样，第一个参数也是代表可执行文件。

加载实现

下文我们需要展示一些 Go 汇编代码，为了方便读者理解，先通过两图了解 Go 汇编语言对 CPU 的重新抽象。

X86/AMD64 架构

Go 实现启动参数加载

Go 伪寄存器

Go 实现启动参数加载

Go 汇编为了简化汇编代码的编写，引入了 PC、FP、SP、SB 四个伪寄存器。

四个伪寄存器加上其它的通用寄存器就是 Go 汇编语言对 CPU 的重新抽象。当然，该抽象的结构也适用于其它非 X86 类型的体系结构。

回到正题，命令行参数的解析过程是程序启动中的一部分内容。

以 linux amd64 系统为例，Go 程序的执行入口位于 runtime/rt0_linux_amd64.s。

TEXT _rt0_amd64_linux(SB),NOSPLIT,$-8 
    JMP _rt0_amd64(SB)

_rt0_amd64 函数实现于 runtime/asm_amd64.s

TEXT _rt0_amd64(SB),NOSPLIT,$-8 
    MOVQ    0(SP), DI   // argc 
    LEAQ    8(SP), SI   // argv 
    JMP runtime·rt0_go(SB)

看到 argc 和 argv 的身影了吗? 在这里，它们从栈内存分别被加载到了 DI、SI 寄存器。

rt0_go 函数完成了 runtime 的所有初始化工作，但我们这里仅关注 argc 和 argv 的处理过程。

TEXT runtime·rt0_go(SB),NOSPLIT|TOPFRAME,$0 
    // copy arguments forward on an even stack 
    MOVQ    DI, AX      // argc 
    MOVQ    SI, BX      // argv 
    SUBQ    $(4*8+7), SP        // 2args 2auto 
    ANDQ    $~15, SP 
    MOVQ    AX, 16(SP) 
    MOVQ    BX, 24(SP) 
    ... 
    MOVL    16(SP), AX      // copy argc 
    MOVL    AX, 0(SP) 
    MOVQ    24(SP), AX      // copy argv 
    MOVQ    AX, 8(SP) 
    CALL    runtime·args(SB) 
    CALL    runtime·osinit(SB) 
    CALL    runtime·schedinit(SB) 
    ...

经过一系列操作之后，argc 和 argv 又被折腾回了栈内存 0(SP)和 8(SP) 中。

args 函数位于 runtime/runtime1.go 中

var ( 
 argc int32 
 argv **byte 
) 
 
func args(c int32, v **byte) { 
 argc = c 
 argv = v 
 sysargs(c, v) 
}

在这里，argc 和 argv 分别被保存至变量 runtime.argc 和 runtime.argv。

在 rt0_go 函数中调用执行完 args 函数后，还会执行 schedinit。

func schedinit() { 
  ... 
 goargs() 
 ...

goargs 实现于 runtime/runtime1.go

var argslice []string 
 
func goargs() { 
 if GOOS == "windows" {return} 
 argslice = make([]string, argc) 
 for i := int32(0); i 
该函数的目的是，将指向栈内存的命令行参数字符串指针，封装成 Go 的 string 类型，最终保存于 runtime.argslice。
这里有个知识点，Go 是如何将 C 字符串封装成 Go string 类型的呢? 答案就在以下代码。
func gostringnocopy(str *byte) string {ss := stringStruct{str: unsafe.Pointer(str), len: findnull(str)} 
 s := *(*string)(unsafe.Pointer(&ss)) 
 return s 
} 
 
func argv_index(argv **byte, i int32) *byte {return *(**byte)(add(unsafe.Pointer(argv), uintptr(i)*sys.PtrSize)) 
} 
 
func add(p unsafe.Pointer, x uintptr) unsafe.Pointer {return unsafe.Pointer(uintptr(p) + x) 
}
此时，Go 已经将 argc 和 argv 的信息保存至 runtime.argslice 中，那聪明的你一定能猜到 os.Args 方法就是读取的该 slice。
在 os/proc.go 中，是它的实现
var Args []string 
 
func init() { 
 if runtime.GOOS == "windows" { 
  // Initialized in exec_windows.go. 
  return 
 } 
 Args = runtime_args()} 
 
func runtime_args() []string // in package runtime
而 runtime_args 方法的实现是位于 runtime/runtime.go 中的 os_runtime_args 函数
//go:linkname os_runtime_args os.runtime_args 
func os_runtime_args() []string {return append([]string{}, argslice...) }
在这里实现了 runtime.argslice 的拷贝。至此，os.Args 方法最终成功加载了命令行参数 argv 信息。
总结
本文我们介绍了 Go 可以利用 os.Args 解析程序启动时的命令行参数，并学习了它的实现过程。
在加载实现的源码学习中，我们发现如果从一个点出发，去追溯它的实现原理，这个过程并不复杂，希望童鞋们不要惧怕研究源码。
os.Args 方法将命令行参数存储在字符串切片中，通过遍历即可提取它们。但在实际开发中我们一般不会直接使用 os.Args 方法，因为 Go 为我们提供了一个更好用的 flag 包。但鉴于篇幅原因，该部分的内容以后再写了。

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