摘要：C++呼叫Go方法時，字串引數的記憶體管理需要由Go側進行深度值拷貝。

現象

在一個APP技術專案中，子程序按請求載入Go的ServiceModule，將需要拉起的ServiceModule資訊傳遞給Go的Loader，存在C++呼叫Go方法，傳遞字串的場景。

方案驗證時，發現有奇怪的將std::string物件的內容傳遞給Go方法後，在Go方法協程中取到的值與預期不一致。

經過一段時間的分析和驗證，終於理解問題產生的原因並給出解決方案，現分享如下。

背景知識

1. Go有自己的記憶體回收GC機制，通過make等申請的記憶體不需要手動釋放。
2. C++中為std::string變數賦值新字串後，.c_str()和.size()的結果會聯動變化，尤其是.c_str()指向的地址也有可能變化。
3. go build -buildmode=c-shared .生成的.h標頭檔案中定義了C++中Go的變數型別的定義對映關係，比如GoString、GoInt等。其中GoString實際是一個結構體，包含一個字元指標和一個字元長度。

原理及解釋

通過程式碼示例方式解釋具體現象及原因，詳見註釋

C++側程式碼：

//
  // Created by w00526151 on 2020/11/5.
  //
   
  #include <string>
  #include <iostream>
  #include <unistd.h>
  #include "libgoloader.h"
   
  /**
   * 構造GoString結構體物件
   * @param p
   * @param n
   * @return
   */
  GoString buildGoString(const char* p,size_t n){
    //typedef struct { const char *p; ptrdiff_t n; } _GoString_;
    //typedef _GoString_ GoString;
    return {p,static_cast<ptrdiff_t>(n)};
  }
   
  int main(){
    std::cout<<"test send string to go in C++"<<std::endl;
   
    std::string tmpStr = "/tmp/udsgateway-netconftemplateservice";
    printf("in C++ tmpStr: %p,tmpStr: %s,tmpStr.size:%lu \r\n",tmpStr.c_str(),tmpStr.size());
    {
      //通過new新申請一段記憶體做字串拷貝
      char *newStrPtr = NULL;
      int newStrSize = tmpStr.size();
      newStrPtr = new char[newStrSize];
      tmpStr.copy(newStrPtr,newStrSize,0);
   
      //呼叫Go方法，第一個引數直接傳std::string的c_str指標和大小，第二個引數傳在C++中單獨申請的記憶體並拷貝的字串指標，第三個引數和第一個一樣，但是在go程式碼中做記憶體拷貝儲存。
      //呼叫Go方法後，通過賦值修改std::string的值內容，等待Go中新起的執行緒10s後再將三個引數值打印出來。
      LoadModule(buildGoString(tmpStr.c_str(),tmpStr.size()),buildGoString(newStrPtr,newStrSize),buildGoString(tmpStr.c_str(),tmpStr.size()));
      //修改tmpStr的值，tmpStr.c_str()得到的指標指向內容會變化，tmpStr.size()的值也會變化，Go中第一個引數也會受到影響，前幾位會變成新字串內容。
      //由於在Go中int是值拷貝，所以在Go中，第一個引數的長度沒有變化，因此實際在Go中已經出現記憶體越界訪問，可能產生Coredump。
      tmpStr = "new string";
      printf("in C++ change tmpStr and delete newStrPtr,new tmpStr: %p,tmpStr.size());
      //釋放新申請的newStrPtr指標，Go中對應第二個string變數記憶體也會受到影響，產生亂碼。
      // 實際在Go中，已經在訪問一段在C++中已經釋放的記憶體，屬於野指標訪問，可能產生Coredump。
      delete newStrPtr;
    }
    pause();
  }

Go側程式碼：

package main
   
  import "C"
  import (
    "fmt"
    "time"
  )
   
  func printInGo(p0 string,p1 string,p2 string){
    time.Sleep(10 * time.Second)
    fmt.Printf("in go function,p0:%s size %d,p1:%s size %d,p2:%s size %d",p0,len(p0),p1,len(p1),p2,len(p2))
  }
   
  //export LoadModule
  func LoadModule(name string,version string,location string) int {
    //通過make的方式，新構建一段記憶體來存放從C++處傳入的字串，深度拷貝防止C++中修改影響Go
    tmp3rdParam := make([]byte,len(location))
    copy(tmp3rdParam,location)
    new3rdParam := string(tmp3rdParam)
    fmt.Println("in go loadModule,first param is",name,"second param is",version,"third param is",new3rdParam)
    go printInGo(name,new3rdParam);
    return 0
  }

Go側程式碼通過-buildmode=c-shared的方式生成libgoloader.so及libgoloader.h供C++編譯執行使用

go build -o libgoloader.so -buildmode=c-shared .

程式執行結果：

test send string to go in C++
in C++ tmpStr: 0x7fffe1fb93f0,tmpStr: /tmp/udsgateway-netconftemplateservice,tmpStr.size:38
# 將C++的指標傳給Go，一開始列印都是OK的
in go loadModule,first param is /tmp/udsgateway-netconftemplateservice second param is /tmp/udsgateway-netconftemplateservice third param is /tmp/udsgateway-netconftemplateservice
# 在C++中，將指標指向的內容修改，或者刪掉指標
in C++ change tmpStr and delete newStrPtr,new tmpStr: 0x7fffe1fb93f0,tmpStr: new string,tmpStr.size:10
# 在Go中，引數1、引數2對應的Go string變數都受到了影響，引數3由於做了深度拷貝，沒有受到影響。
in go function,p0:new string eway-netconftemplateservice size 38,p1: p��� netconftemplateservice size 38,p2:/tmp/udsgateway-netconftemplateservice size 38

結論

• 結論：C++呼叫Go方法時，字串引數的記憶體管理需要由Go側進行深度值拷貝。即引數三的處理方式
• 原因：傳入的字串GoString，實際是一個結構體，第一個成員p是一個char*指標，第二個成員n是一個int長度。

在C++程式碼中，任何對成員p的char*指標的操作，都將直接影響到Go中的string物件的值。

只有通過單獨的記憶體空間開闢，進行獨立記憶體管理，才可以避免C++中的指標操作對Go的影響。

ps：不在C++中進行記憶體申請釋放的原因是C++無法感知Go中何時才能真的已經沒有物件引用，無法找到合適的時間點進行記憶體釋放。

本文分享自華為雲社群《C++呼叫Go方法的字串傳遞問題及解決方案》，原文作者：王芾。

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