[Go]从汇编层面理解Go的closures机制

Prologue

Go除了对并发的良好的支持外，设计思路也是他颇有特色的一点。其设计上也借鉴了面向函数编程的思想， 闭包就是其中一个有趣的机制。
闭包，术语化的讲法是：一个函数以及他引用环境的集合。我们首先看一下，一个相对简单的闭包函数：

package main

func main(){
     
	intseq := getfunc(1)
	intseq()
}

func getfunc(a int) func() int{
     
	i := 1
	return func() int{
     
		i = i + a
		return i
	}
}

下面是大致的汇编代码，可以通过go tool objdump -s "main\.main" test2以及go tool objdump -s "main\.getfunc" test2获取

main函数内部逻辑

核心逻辑可能分为如图所示的四部分。

1. Part1：修改%rsp以及%rbp，同时保存caller的%rbp
2. Part2：将函数的参数（1）放入栈顶，然后调用getfunc
3. Part3：将结果从堆栈中（%rsp+8）取出，然后存入%rdx，之后将*%rdx存入%rax,然后调用得到的函数。
4. Part4：恢复堆栈，ret。

main非常简单易懂，主要注意的就是Go通过栈来完成对于函数参数以及结果的传递。

getfunc的内部逻辑

1. 同main，栈相关
2. 在堆上创建一个新对象，通过后面的movq $0x1, 0(%rax）不难看出来他是创建了一个指针，指向的地址的内容为1，我们可以通过gdb具体查看执行的细节：
   
   可以看到，runtime.newobject()读取了0x461FA0作为参数，这个参数的类型是*_Type，这里对应的值是0x08，我没有深入的考究这个导致指代哪个类型
   
   在runtime创建对象完毕之后，结果被保存在0x08(%rsp)里面，因为之后我们还要调用一次newobject，所以编译器又将结果转移到了0x10(%rsp)
3. 和上面类似，但是这一次新分配到的地址就是就是闭包函数的首地址了（leaq main.getfunc.func1, CX），同时因为之后没有再调用newobject，所以不需要再转移到其他位置。
4. 最后的工作就是将闭包里面的其他变量——也就是函数的引用环境，全部放到一个存储结构里面。我们可以看一下最后(%rax)附近是个什么样的景象
   
   我们最终返回的就是%rax，他被存在0x30(%rsp)里面，在我们ret之后，就正好是0x8(%rsp)，之后的main里面操作就是将这个结构存储在%rdx里面，然后从%rdx中取出函数的首地址进行调用。
   

匿名函数的内部逻辑

非常简单，%rdx之后0x08是i的指针，而0x10则是a，他们相加，将i的值更新，然后放入堆栈。因为这个运算非常简单，所以编译器也没有进行栈相关的操作。

Epilogue

在上面的一个例子里面，返回值直接放到了%rdx里面，然后进行之后的操作，那么，如果有多个函数该怎么办呢？

从这张图里面，我们可以看到几个重要的信息：

1. 如果有多个闭包函数或者匿名函数，他们会存在堆栈里面
2. 非闭包的匿名函数，也是将自己的地址存在内存中，然后访问这个内存去取址的，不同的是他们的结构里面仅有一个函数的地址，没有其他内部变量的地址了。

Reference

1. A Quick Guide to Go’s Assembler
2. Golang 闭包实现原理
3. Package types
4. AT&T Assembly Syntax
5. [译] 解析 Go 中的函数调用