使用Go語言開發iOS應用(Swift版)

本文假設讀者對Go語言和Swift語言都有一定了解, 但是對二者混合使用不瞭解的同學.

本教程是基於一個真實上架的iOS應用做的簡單的總結。

我們先看看執行效果：

掃碼安裝：

背景

Go語言是Google公司於2010年開源的一個面向網路服務和多併發環境的程式語言，特點是簡單。 但是因為簡單，也就只能實現90%的效能，這是Go語言的最大優點，因為 少即是多 的道理不是每個人都能領悟的。

Swift是Apple公司於2014年釋出的用來替代ObjectiveC的語言，主要面向iOS和OS X上的介面程式開發。 當然用swift來開發伺服器也是大家關注的一個領域，作者比較看好在不遠的將來Swift將逐步替代C++和Rust語言。

Go語言和Swift語言本來是風馬牛不相及的兩個語言，為何非一定要整到一起呢？ 原因很簡單，因為作者是一個Go粉，同時也算是半個Swift粉；想試水iOS開發，但是實在是受不了ObjectiveC的裹腳布語法。

補充下：本人雖然不喜歡ObjectiveC的語法，但是覺得ObjectiveC的runtime還是很強悍的。 理論上，基於ObjectiveC的runtime，可以用任何流行的程式語言來開發iOS應用，RubyMotion就是一個例子。

其實，現在流行的絕大部分語言都有一個交集，就是c語言相容的二進位制介面。 所以說，C++流行並不是C++多厲害，而是它選擇無縫相容了C語言的絕大部份規範。

但是，完全相容C語言的規範也有缺點，就是語言本身無法自由地發展，因為很多地方會受到C語言程式設計模型的限制。 C++和ObjectiveC是兩個比較有代表的例子。

所以說，Swift一出世就只相容C語言的二進位制介面規範，同時抱緊了ObjectiveC的runtime大腿，而去自己確實有很大優秀的特性。

但是，我們這裡暫時不關心Swift和ObjectiveC的混合程式設計，我們只關注作為ObjectiveC子集的C語言如何與Swift混合程式設計。

Swift呼叫C函式

Swift呼叫C函式的方法有多種：通過ObjectiveC橋接呼叫和直接呼叫。其實兩者的原理是一樣的，我個人跟喜歡選擇最直接也最暴力的直接呼叫C函式的方式。

比如有一個C函式:

#include <stdio.h>

void getInput(int *output) {
    scanf("%i", output);
}

生成一個橋接的標頭檔案xxx-Bridging-Header.h，裡面包含c函式規格說明：

void getInput(int *output);

swift就可以直接使用了:

import Foundation

var output: CInt = 0
getInput(&output)

println(output)

如果不用橋接檔案，可以在swift中宣告一個Swift函式，對應C函式:

@_silgen_name("getInput") func getInput_swift(query:UnsafePointer<CInt>)

為了明確區分C函式和swift函式，我們將getInput重新宣告為getInput_swift，使用方法和前面一樣：

import Foundation

var output: CInt = 0
getInput_swift(&output)

println(output)

Swift中如何管理c返回的記憶體

Swift語言本身是自帶ARC的，使用者很少直接關注記憶體問題。但是C函式如果返回記憶體到Swift空間， Swift的ARC是無效的，需要手工釋放C記憶體。

假設我們自己用C語言實現了一個字串克隆的函式:

char* MyStrDup(char* s) {
    return strdup(s);
}

在swift中可以這樣使用：

@_silgen_name("MyStrDup")
func MyStrDup_swift(query:UnsafePointer<CChar>) -> UnsafeMutablePointer<CChar>

let p = MyStrDup_swift("hello swift-c!")
let s = String.fromCString(p)!
p.dealloc(1)

使用String.fromCString(p)!從C字串構建一個swift字串，然後手工呼叫p.dealloc(1)釋放c字串記憶體空間。

函式呼叫和記憶體管理是跨語言程式設計中最重要的兩個基礎問題，目前已久初步可以工作了。

Go語言匯出C靜態庫

Go語言提供了一個cgo的工具，用於Go語言和C語言互動。這是Go語言使用C語言的一個例子:

package main

//#include <stdio.h>
import "C"

func main() {
    C.puts(C.CString("abc"))
}

既然要互動，自然會涉及到C語言回撥Go語言函式的情形。為此，cgo提供了一個export註釋命令， 用於生成Go語言函式對應的C語言函式:

//export MyStrDup
func MyStrDup(s *C.char) *C.char {
    return C.strdup(s)
}

MyStrDup指定的名字必須和Go函式名字一致，函式的引數最後是C語言支援的型別。

現在，我們就得到了用Go語言實現的MyStrDup函式，使用方法和前面的C語言實現的MyStrDup是一樣的。

和引用C語言函式庫遇到的問題一樣，我們如何在工程中引用這些C程式碼或Go程式碼實現的函式呢？

答案還是來自C語言：將程式碼構建為C靜態庫或者C動態庫，然後將靜態庫或動態庫匯入Swift工程。

但是，對於iOS來說，構建C靜態庫或者C動態庫的過程要麻煩（使用xcode也只是隱藏了構建的具體步驟）。

因為，iOS涉及到多種CPU架構：模擬器的x86、4s的32位arm、5s以後的64位arm，64位arm中還有不同當版本...

這是C靜態庫或者C動態庫構建始終都要面對的問題。

交叉構建的引數

Go1.6之後增加了構建C靜態庫的支援，交叉編譯也非常簡單，只需要設定好GOARCH和GOOS就行。

因為，iOS的GOOS只有Darwin一種型別，我們只需要設定GOARCH就可以了。

要構建C靜態庫，我們需要將上面的MyStrDup實現放到一個main包中:

package main

//#include <string.h>
import "C"

func main() {
    //
}

//export MyStrDup
func MyStrDup(s *C.char) *C.char {
    return C.strdup(s)
}

main包中的main函式不會被執行，但是init函式依然有效。

使用下面的命令就可以構建當前系統的c靜態庫：

go build -buildmode=c-archive

要交叉編譯iOS可用的c靜態庫，我們需要先設定GOARCH，同時開啟cgo特性（交叉編譯時，cgo預設是關閉的）。

下面是構建針對模擬器的x86/amd64型別的C靜態庫：

export CGO_ENABLED=1
export GOARCH=amd64

go build -buildmode=c-archive -o libmystrdup_amd64.a

我們使用-o引數指定了輸出的靜態庫檔名。構建命令同時還會生成一個標頭檔案（可能叫libmystrdup_386.h）， 我們沒有用到這個標頭檔案，直接刪除掉就可以。

下面是構建針對模擬器的x86/386型別的C靜態庫：

export CGO_ENABLED=1
export GOARCH=386

go build -buildmode=c-archive -o libmystrdup_386.a

在構建x86/386型別的C靜態庫時可能會有一些link錯誤，我們暫時先用以下方法迴避。

建立一個patch_386.go檔案：

// Copyright 2016 <chaishushan{AT}gmail.com>. All rights reserved.
// Use of this source code is governed by a BSD-style
// license that can be found in the LICENSE file.

// 針對iOS模擬器link時缺少的函式
// 屬於臨時解決方案

package main

/*
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

size_t fwrite$UNIX2003(const void* a, size_t b, size_t c, FILE* d) {
    return fwrite(a, b, c, d);
}

char* strerror$UNIX2003(int errnum) {
    return strerror(errnum);
}

time_t mktime$UNIX2003(struct tm * a) {
    return mktime(a);
}
double strtod$UNIX2003(const char * a, char ** b) {
    return strtod(a, b);
}

int setenv$UNIX2003(const char* envname, const char* envval, int overwrite) {
    return setenv(envname, envval, overwrite);
}
int unsetenv$UNIX2003(const char* name) {
    return unsetenv(name);
}

*/
import "C"

當然，還是會有一些警告出現，暫時忽略它們。

然後，將C靜態庫加入到ios的xcode工程檔案就可以了。

構建多cpu型別的靜態庫

x86構建是比較簡單的，因為我們可以預設使用本地的構建命令。 但是，如果要構建arm的靜態庫，則需要先配置好構建環境。

我從Go程式碼中扣出了一個clangwrap.sh指令碼（好像是在$GOROOT/misc/ios目錄）:

#!/bin/sh
# This uses the latest available iOS SDK, which is recommended.
# To select a specific SDK, run 'xcodebuild -showsdks'
# to see the available SDKs and replace iphoneos with one of them.
SDK=iphoneos
SDK_PATH=`xcrun --sdk $SDK --show-sdk-path`
export IPHONEOS_DEPLOYMENT_TARGET=7.0
# cmd/cgo doesn't support llvm-gcc-4.2, so we have to use clang.
CLANG=`xcrun --sdk $SDK --find clang`

if [ "$GOARCH" == "arm" ]; then
    CLANGARCH="armv7"
elif [ "$GOARCH" == "arm64" ]; then
    CLANGARCH="arm64"
else
    echo "unknown GOARCH=$GOARCH" >&2
    exit 1
fi

exec $CLANG -arch $CLANGARCH -isysroot $SDK_PATH "$@"

裡面比較重要的是IPHONEOS_DEPLOYMENT_TARGET環境變數，這裡意思是目標最低支援ios7.0系統。

構建arm64環境的靜態庫：

export CGO_ENABLED=1
export GOARCH=arm64
export CC=$PWD/clangwrap.sh
export CXX=$PWD/clangwrap.sh

go build -buildmode=c-archive -o libmystrdup_arm64.a

構建armv7環境的靜態庫：

export CGO_ENABLED=1
export GOARCH=arm
export GOARM=7
export CC=$PWD/clangwrap.sh
export CXX=$PWD/clangwrap.sh

go build -buildmode=c-archive -o libmystrdup_armv7.a

然後我們用lipo命令將以上這些不同的靜態庫打包到一個靜態庫中：

lipo libmystrdup_386.a libmystrdup_adm64.a libmystrdup_arm64.a libmystrdup_armv7.a -create -output libmystrdup.a

這樣的話，只要引入一個靜態庫就可以支援不同cpu型別的目標了。

總結

毛主席教導我們：要在戰爭中學習戰爭。

野雞醫院 這個app是作者第一個iOS應用，這篇教程也是在iOS開發過程逐步學習總結的結果。 裡面肯定有很多描述不準確的地方，作者歡迎任何不同意見或建議。

完整的例子：

• AppStore安裝: https://appsto.re/cn/QH8ocb.i
• Swift工程: https://github.com/chai2010/ptyy/tree/master/ios-app/yjyy-swift
• Go靜態庫工程: https://github.com/chai2010/ptyy/tree/master/cmd/yjyy
• 靜態庫構建指令碼: https://github.com/chai2010/ptyy/tree/master/ios-app/yjyy-swift/vendor/gopkg

所有的程式碼均可以免費獲取(BSD協議): https://github.com/chai2010/ptyy