C++调用Go方法的字符串传递问题及解决方案

在一个技术项目中，我们需要在C++代码中调用Go方法，传递字符串参数。经过一系列的验证和分析，我们发现了一个棘手的问题，并最终找到了解决方案。以下是详细的分析过程和解决方法。

现象

在实际项目中，我们需要将需要拉起的ServiceModule信息传递给Go的Loader。在C++代码中，通过调用Go方法传递字符串参数时，发现以下问题：

在Go协程中取到的字符串值与预期不一致。

经过一段时间的分析和验证，我们发现问题的根源。

背景知识

Go的内存管理机制

Go语言自带内存回收机制（GC），通过make等函数申请的内存不需要手动释放。这意味着在C++代码中直接传递内存指针可能带来安全隐患。

C++字符串对象的内存布局

在C++中，为std::string变量赋值新字符串后，.c_str()和.size()的结果会联动变化。尤其是，当字符串内容发生变化时，.c_str()指向的地址也会发生变化。

Go与C++之间的内存交互

使用-buildmode=c-shared生成的共享库文件中定义了C++中Go变量的类型映射关系。例如，GoString实际是一个结构体，包含一个字符指针和一个长度成员。

原理及解释

通过代码示例解释具体现象及原因：

C++侧代码

// Created by w00526151 on 2020/11/5#include 
   
    #include 
    
     #include "libgoloader.h"GoString buildGoString(const char* p, size_t n) {    // 结构体定义：{ const char *p; ptrdiff_t n; }    return {p, static_cast
     
      (n)};}int main() {    std::cout << "test send string to go in C++";        // 1. 创建GoString对象    const char* tmpStr = "default string";    size_t tmpStrSize = tmpStr.size();        // 2. 调用Go方法    printInGo(name, version, newStrPtr); // 假设printInGo是Go函数        // 3. 修改C++中的tmpStr和释放指针    // newStrPtr指向的内存被释放    // tmpStr被赋值为新字符串    tmpStr = new string("new string");    tmpStrSize = tmpStr.size();        // 4. 再次调用Go方法    printInGo(tmpStr, tmpStr, tmpStr);        return 0;}

Go侧代码

package mainimport "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 LoadModulefunc LoadModule(name string, version string, location string) int {    // 通过`make`创建内存拷贝    tmp3rdParam := make([]byte, len(location))    copy(tmp3rdParam, location)    new3rdParam := string(tmp3rdParam)        fmt.Println("LoadModule参数：", name, version, new3rdParam)    go printInGo(name, version, new3rdParam)    return 0}

生成共享库

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

程序执行结果

初始状态：

C++中的tmpStr指针指向："default string"

Go函数打印："default string"的原始内容。

修改C++中的tmpStr：

tmpStr被赋值为："new string"

指针newStrPtr被释放

再次调用Go函数：

Go函数打印的结果显示，p0和p1的值与原始内容不符

p2的值仍然是原始内容

结论

C++调用Go方法时，字符串参数的内存管理需要由Go侧进行深度值拷贝。即参数三的处理方式。

原因

传入的字符串GoString实际是一个结构体，包含两个成员：

p: const char *指针

n: ptrdiff_t长度

在C++中直接传递std::string对象的指针，会导致以下问题：

C++中的指针操作可能直接修改GoString结构体的p成员。

当C++中的std::string对象被修改或重新赋值时，p指针指向的内存可能发生变化。

解决方法

在C++代码中，任何对GoString结构体p成员的操作都可能直接影响到Go中的字符串值。因此，必须通过单独的内存空间进行独立管理，避免C++中的指针操作对Go的影响。

ps

不在C++中进行内存申请释放的原因是：

C++无法感知Go中何时已经没有引用，无法找到合适的时间点进行内存释放。

如果不进行深度拷贝，C++中的修改可能会影响Go中的原始数据。

#summarize

C++调用Go方法时，字符串参数的内存管理需要由Go侧进行深度值拷贝。

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