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By chaishushan{AT}gmail.com
注: 本文初稿发在 Golang 中国博客,这里的内容有部分修改.
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:
func runtime.Caller(skip int) (pc uintptr,file string,line int,ok bool)
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:
func main() {
for skip := 0; ; skip++ {
pc,file,line,ok := runtime.Caller(skip)
if !ok {
break
}
fmt.Printf("skip = %v,pc = %v,file = %v,line = %vn",skip,pc,line)
}
// Output:
// skip = 0,pc = 4198453,file = caller.go,line = 10
// skip = 1,pc = 4280066,file = $(GOROOT)/src/pkg/runtime/proc.c,line = 220
// skip = 2,pc = 4289712,line = 1394
}
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:
runtime.goexit 为真正的函数入口(并不是main.main)- 然后
runtime.goexit 调用 runtime.main 函数
- 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:
func runtime.Callers(skip int,pc []uintptr) int
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:
func main() {
pc := make([]uintptr,1024)
for skip := 0; ; skip++ {
n := runtime.Callers(skip,pc)
if n <= 0 {
break
}
fmt.Printf("skip = %v,pc = %vn",pc[:n])
}
// Output:
// skip = 0,pc = [4304486 4198562 4280114 4289760]
// skip = 1,pc = [4198562 4280114 4289760]
// skip = 2,pc = [4280114 4289760]
// skip = 3,pc = [4289760]
}
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:
func main() {
for skip := 0; ; skip++ {
pc,pc = 4198456,pc = 4280962,pc = 4290608,line = 1394
pc := make([]uintptr,pc = [4305334 4198635 4280962 4290608]
// skip = 1,pc = [4198635 4280962 4290608]
// skip = 2,pc = [4280962 4290608]
// skip = 3,pc = [4290608]
}
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:
func runtime.FuncForPC(pc uintptr) *runtime.Func
func (f *runtime.Func) FileLine(pc uintptr) (file string,line int)
func (f *runtime.Func) Entry() uintptr
func (f *runtime.Func) Name() string
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:
func main() {
for skip := 0; ; skip++ {
pc,_,ok := runtime.Caller(skip)
if !ok {
break
}
p := runtime.FuncForPC(pc)
file,line := p.FileLine(0)
fmt.Printf("skip = %v,pc)
fmt.Printf(" file = %v,line = %dn",line)
fmt.Printf(" entry = %vn",p.Entry())
fmt.Printf(" name = %vn",p.Name())
}
// Output:
// skip = 0,pc = 4198456
// file = caller.go,line = 8
// entry = 4198400
// name = main.main
// skip = 1,pc = 4282882
// file = $(GOROOT)/src/pkg/runtime/proc.c,line = 179
// entry = 4282576
// name = runtime.main
// skip = 2,pc = 4292528
// file = $(GOROOT)/src/pkg/runtime/proc.c,line = 1394
// entry = 4292528
// name = runtime.goexit
pc := make([]uintptr,pc[:n])
for j := 0; j < n; j++ {
p := runtime.FuncForPC(pc[j])
file,line := p.FileLine(0)
fmt.Printf(" skip = %v,pc[j])
fmt.Printf(" file = %v,line)
fmt.Printf(" entry = %vn",p.Entry())
fmt.Printf(" name = %vn",p.Name())
}
break
}
// Output:
// skip = 0,pc = [4307254 4198586 4282882 4292528]
// skip = 0,pc = 4307254
// file = $(GOROOT)/src/pkg/runtime/runtime.c,line = 315
// entry = 4307168
// name = runtime.Callers
// skip = 0,pc = 4198586
// file = caller.go,line = 8
// entry = 4198400
// name = main.main
// skip = 0,pc = 4282882
// file = $(GOROOT)/src/pkg/runtime/proc.c,line = 179
// entry = 4282576
// name = runtime.main
// skip = 0,pc = 4292528
// file = $(GOROOT)/src/pkg/runtime/proc.c,line = 1394
// entry = 4292528
// name = runtime.goexit
}
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:
func CallerName(skip int) (name,ok bool) {
var pc uintptr
if pc,ok = runtime.Caller(skip + 1); !ok {
return
}
name = runtime.FuncForPC(pc).Name()
return
}
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:
func main() {
for skip := 0; ; skip++ {
name,ok := CallerName(skip)
if !ok {
break
}
fmt.Printf("skip = %vn",skip)
fmt.Printf(" file = %v,line)
fmt.Printf(" name = %vn",name)
}
// Output:
// skip = 0
// file = caller.go,line = 19
// name = main.main
// skip = 1
// file = $(GOROOT)/src/pkg/runtime/proc.c,line = 220
// name = runtime.main
// skip = 2
// file = $(GOROOT)/src/pkg/runtime/proc.c,line = 1394
// name = runtime.goexit
}
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.
func PrintCallerName(skip int,comment string) bool {
name,ok := CallerName(skip + 1)
if !ok {
return false
}
fmt.Printf("skip = %v,comment = %sn",comment)
fmt.Printf(" file = %v,line)
fmt.Printf(" name = %vn",name)
return true
}
然后编写以下的测试代码(函数闭包调用/全局变量初始化/init函数等):
var a = PrintCallerName(0,"main.a")
var b = PrintCallerName(0,"main.b")
func init() {
a = PrintCallerName(0,"main.init.a")
}
func init() {
b = PrintCallerName(0,"main.init.b")
func() {
b = PrintCallerName(0,"main.init.b[1]")
}()
}
func main() {
a = PrintCallerName(0,"main.main.a")
b = PrintCallerName(0,"main.main.b")
func() {
b = PrintCallerName(0,"main.main.b[1]")
func() {
b = PrintCallerName(0,"main.main.b[1][1]")
}()
b = PrintCallerName(0,"main.main.b[2]")
}()
}
输出结果如下:
// Output:
// skip = 0,comment = main.a
// file = caller.go,line = 8
// name = main.init
// skip = 0,comment = main.b
// file = caller.go,line = 9
// name = main.init
// skip = 0,comment = main.init.a
// file = caller.go,line = 12
// name = main.init·1
// skip = 0,comment = main.init.b
// file = caller.go,line = 16
// name = main.init·2
// skip = 0,comment = main.init.b[1]
// file = caller.go,line = 18
// name = main.func·001
// skip = 0,comment = main.main.a
// file = caller.go,line = 23
// name = main.main
// skip = 0,comment = main.main.b
// file = caller.go,line = 24
// name = main.main
// skip = 0,comment = main.main.b[1]
// file = caller.go,line = 26
// name = main.func·003
// skip = 0,comment = main.main.b[1][1]
// file = caller.go,line = 28
// name = main.func·002
// skip = 0,comment = main.main.b[2]
// file = caller.go,line = 30
// name = main.func·003
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.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 :
func init() {
func(){
//
}() // main.func·001
}
func main() {
func() {
func(){
//
}() // main.func·002
}() // main.func·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.
// caller types:
// runtime.goexit
// runtime.main
// main.init
// main.init·1
// main.main
// main.func·001
// code.google.com/p/gettext-go/gettext.TestCallerName
// ...
func CallerName(skip int) (name,ok bool) {
var (
reInit = regexp.MustCompile(`init·d+$`) // main.init·1
reClosure = regexp.MustCompile(`func·d+$`) // main.func·001
)
for {
var pc uintptr
if pc,ok = runtime.Caller(skip + 1); !ok {
return
}
name = runtime.FuncForPC(pc).Name()
if reInit.MatchString(name) {
name = reInit.ReplaceAllString(name,"init")
return
}
if reClosure.MatchString(name) {
skip++
continue
}
return
}
return
}
处理的思路:
- 如果是
init 类型的函数调用(匹配正则表达式"init·d+$"),直接作为 init 函数范返回
- 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
- 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:
func init() {
var _ = myInit("1")
}
func main() {
var _ = myInit("2")
}
var myInit = func(name string) {
b = PrintCallerName(0,name + ":main.myInit.b")
}
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:
package main
import (
"fmt"
"regexp"
"runtime"
)
func main() {
_ = PrintCallerName(0,"main.main._")
}
func PrintCallerName(skip int,comment string) bool {
// 实现和前面的例子相同
}
func CallerName(skip int) (name,ok bool) {
// 实现和前面的例子相同
}
caller/main_test.go 主程序的测试文件(同在一个main包):
package main
import (
"fmt"
"testing"
)
func TestPrintCallerName(t *testing.T) {
for skip := 0; ; skip++ {
name,ok := CallerName(skip)
if !ok {
break
}
fmt.Printf("skip = %v,name = %v,name,line)
}
t.Fail()
}
caller/example_test.go 主程序的包的调用者(在新的main_test包):
package main_test
import (
myMain "."
"fmt"
)
func Example() {
for skip := 0; ; skip++ {
name,ok := myMain.CallerName(skip)
if !ok {
break
}
fmt.Printf("skip = %v,line)
}
// Output: ?
}
然后进入 caller 目录,运行 go run test 可以得到以下的输出结果:
skip = 0,name = caller.TestPrintCallerName,file = caller/main_test.go,line = 10
skip = 1,name = testing.tRunner,file = $(GOROOT)/src/pkg/testing/testing.go,line = 391
skip = 2,name = runtime.goexit,line = 1394
--- FAIL: TestPrintCallerName (0.00 seconds)
--- FAIL: Example (2.0001ms)
got:
skip = 0,name = caller_test.Example,file = caller/example_test.go,line = 10
skip = 1,name = testing.runExample,file = $(GOROOT)/src/pkg/testing/example.go,line = 98
skip = 2,name = testing.RunExamples,line = 36
skip = 3,name = testing.Main,line = 404
skip = 4,name = main.main,file = $(TEMP)/go-build365033523/caller/_test/_testmain.go,line = 51
skip = 5,name = runtime.main,line = 220
skip = 6,line = 1394
want:
?
FAIL
exit status 1
FAIL caller 0.254s
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:
runtime.goexit 还是入口- 但是
runtime.goexit 不在调用 runtime.main 函数,而是调用 testing.tRunner 函数
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:
runtime.goexit 还是入口- 然后
runtime.goexit 调用 runtime.main 函数
- 最终
runtime.main 调用go test 命令生成的 main.main 函数,在 _test/_testmain.go 文件
- 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. （编辑：李大同）
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