Golang语言的函数调用信息

函数的调用信息是程序中比较重要运行期信息, 在很多场合都会用到(比如调试或日志).

Go语言 runtime 包的 runtime.Caller / runtime.Callers / runtime.FuncForPC 等几个函数提供了获取函数调用者信息的方法.

这几个函数的文档链接:

• http://golang.org/pkg/runtime/#Caller
• http://golang.org/pkg/runtime/#Callers
• http://golang.org/pkg/runtime/#FuncForPC

本文主要讲述这几个函数的用法.

runtime.Caller 的用法

函数的签名如下:

runtime.Caller 返回当前 goroutine 的栈上的函数调用信息. 主要有当前的 pc 值和调用的文件和行号等信息. 若无法获得信息, 返回的 ok 值为 false.

其输入参数 skip 为要跳过的栈帧数, 若为 0 则表示 runtime.Caller 的调用者.

注意:由于历史原因, runtime.Caller 和 runtime.Callers 中的 skip 含义并不相同, 后面会讲到.

下面是一个简单的例子, 打印函数调用的栈帧信息:

其中 skip = 0 为当前文件("caller.go")的 main.main 函数, 以及对应的行号. 这里省略的无关代码, 因此输出的行号和网页展示的位置有些差异.

另外的 skip = 1 和 skip = 2 也分别对应2个函数调用. 通过查阅 runtime/proc.c 文件的代码, 我们可以知道对应的函数分别为 runtime.main 和 runtime.goexit.

整理之后可以知道, Go的普通程序的启动顺序如下:

1. runtime.goexit 为真正的函数入口(并不是main.main)
2. 然后 runtime.goexit 调用 runtime.main 函数
3. 最终 runtime.main 调用用户编写的 main.main 函数

runtime.Callers 的用法

函数的签名如下:

runtime.Callers 函数和 runtime.Caller 函数虽然名字相似(多一个后缀s), 但是函数的参数/返回值和参数的意义都有很大的差异.

runtime.Callers 把调用它的函数Go程栈上的程序计数器填入切片 pc 中. 参数 skip 为开始在 pc 中记录之前所要跳过的栈帧数, 若为0则表示 runtime.Callers 自身的栈帧, 若为1则表示调用者的栈帧. 该函数返回写入到 pc 切片中的项数(受切片的容量限制).

下面是 runtime.Callers 的例子, 用于输出每个栈帧的 pc 信息:

输出新的 pc 长度和 skip 大小有逆相关性. skip = 0 为 runtime.Callers 自身的信息.

这个例子比前一个例子多输出了一个栈帧, 就是因为多了一个runtime.Callers栈帧的信息(前一个例子是没有runtime.Caller信息的(注意:没有s后缀)).

那么 runtime.Callers 和 runtime.Caller 有哪些关联和差异?

runtime.Callers 和 runtime.Caller 的异同

因为前面2个例子为不同的程序, 输出的 pc 值并不具备参考性. 现在我们看看在同一个例子的输出结果如何:

比如输出结果可以发现, 4280962 和 4290608 两个 pc 值是相同的. 它们分别对应 runtime.main和 runtime.goexit 函数.

runtime.Caller 输出的 4198456 和 runtime.Callers 输出的 4198635 并不相同. 这是因为, 这两个函数的调用位置并不相同, 因此导致了 pc 值也不完全相同.

最后就是 runtime.Callers 多输出一个 4305334 值, 对应runtime.Callers内部的调用位置.

由于Go语言(Go1.2)采用分段堆栈, 因此不同的 pc 之间的大小关系并不明显.

runtime.FuncForPC 的用途

函数的签名如下:

其中 runtime.FuncForPC 返回包含给定 pc 地址的函数, 如果是无效 pc 则返回 nil .

runtime.Func.FileLine 返回与 pc 对应的源码文件名和行号. 安装文档的说明, 如果pc不在函数帧范围内, 则结果是不确定的.

runtime.Func.Entry 对应函数的地址. runtime.Func.Name 返回该函数的名称.

下面是 runtime.FuncForPC 的例子:

根据测试, 如果是无效 pc (比如0), runtime.Func.FileLine 一般会输出当前函数的开始行号. 不过在实践中, 一般会用 runtime.Caller 获取文件名和行号信息, runtime.Func.FileLine 很少用到(如何独立获取pc参数?).

定制的 CallerName 函数

基于前面的几个函数, 我们可以方便的定制一个 CallerName 函数. 函数 CallerName 返回调用者的函数名/文件名/行号等用户友好的信息.

函数实现如下:

其中在执行 runtime.Caller 调用时, 参数 skip + 1 用于抵消 CallerName 函数自身的调用.

下面是基于 CallerName 的输出例子:

这样就可以方便的输出函数调用者的信息了.

Go语言中函数的类型

在Go语言中, 除了语言定义的普通函数调用外, 还有闭包函数/init函数/全局变量初始化等不同的函数调用类型.

为了便于测试不同类型的函数调用, 我们包装一个 PrintCallerName 函数. 该函数用于输出调用者的信息.

观察输出结果, 可以发现以下几个规律:

• 全局变量的初始化调用者为 main.init 函数
• 自定义的 init 函数有一个数字后缀, 根据出现的顺序进编号. 比如 main.init·1 和 main.init·2等.
• 闭包函数采用 main.func·001 格式命名, 安装闭包定义结束的位置顺序进编号.

比如以下全局变量的初始化调用者为 main.init 函数:

var a = PrintCallerName(0, "main.a")var b = PrintCallerName(0, "main.b")

以下两个 init 函数根据出现顺序分别对应 main.init·1 和 main.init·2 :

func init() { // main.init·1
    //}func init() { // main.init·2
    //}

以下三个闭包根据定义结束顺序分别为 001 / 002 / 003 :

因为, 这些特殊函数调用方式的存在, 我们需要进一步完善 CallerName 函数.

改进的 CallerName 函数

两类特殊的调用是 init 类函数调用 和 闭包函数调用.

改进后的 CallerName 函数对 init 类函数调用者统一处理为 init 函数. 将闭包函数调用这处理为调用者的函数名.

处理的思路:

1. 如果是 init 类型的函数调用(匹配正则表达式"init·\d+$"), 直接作为 init 函数范返回
2. 如果是 func 闭包类型(匹配正则表达式"func·\d+$"), 跳过当前栈帧, 继续递归处理
3. 返回普通的函数调用类型

CallerName 函数的不足之处

有以下的代码:

myInit 为一个全局变量, 被赋值为一个闭包函数. 然后在 init 和 main 函数分别调用 myInit 这个闭包函数输出的结果 会因为调用环境的不同而有差异.

从直观上看, myInit闭包函数在执行时, 最好输出 main.myInit 函数名. 但是 main.myInit 只是一个绑定到闭包函数的变量, 而闭包的真正名字是 main.func·???. 在运行时是无法得到 main.myInit 这个名字的.

因此在 gettext-go 中内部用的 callerName 函数采用将 main.func·??? 统一处理为 main.func的, 然后作为 gettext.Gettext 翻译函数的上下文.

gettext-go 的 callerName 函数实现在这里: caller.go. 测试文件在这里: caller_test.go.

不同Go程序启动流程

基于函数调用者信息可以很容易的验证各种环境的程序启动流程.

我们需要建立一个独立的 caller 目录, 里面有三个测试代码.

caller/main.go 主程序:

分析输出数据我们可以发现, 测试代码和例子代码的启动流程和普通的程序流程都不太一样.

测试代码的启动流程:

1. runtime.goexit 还是入口
2. 但是 runtime.goexit 不在调用 runtime.main 函数, 而是调用 testing.tRunner 函数
3. testing.tRunner 函数由 go test 命令生成, 用于执行各个测试函数

例子代码的启动流程:

1. runtime.goexit 还是入口
2. 然后 runtime.goexit 调用 runtime.main 函数
3. 最终 runtime.main 调用go test 命令生成的 main.main 函数, 在 _test/_testmain.go 文件
4. 然后调用 testing.Main, 改函数执行各个例子函数

另外, 从这个例子我们可以发现, 我们自己写的 main.main 函数所在的 main 包也可以被其他包导入. 但是其他包导入之后的 main 包里的 main 函数就不再是main.main 函数了. 因此, 程序的入口也就不是自己写的 main.main 函数了.

2015.06.09补充: 更深入的可以看下这个文章 GO语解惑：从源码分析GO程序的入口

总结

Go语言 runtime 包的 runtime.Caller / runtime.Callers / runtime.FuncForPC 等函数虽然看起来比较简单, 但是功能却非常强大.

这几个函数不仅可以解决一些实际的工程问题(比如 gettext-go 中用于获取翻译的上下文信息), 而且非常适合用于调试和分析各种Go程序的运行时信息.