Go内建函数源码，我好像在哪里见过你。 – 佚名

1. 何为Go内建函数

众所周知，Go是最简单的主流编程语言之一，截至Go 1.15版本，Go语言的关键字的规模依旧保持在25个：

很多刚入门的gopher可能会问：像bool、byte、error、true、iota甚至int都难道都不是关键字？没错！和其他语言不同，这些标识符并不是关键字，在Go中它们被称为预定义标识符。这些标识符拥有universe block作用域(关于go代码块作用域的详细解析，可参考我的技术专栏：“改善Go语⾔编程质量的50个有效实践”)，可以在任何源码位置使用。

从上图我们看到：所谓的Go内建函数也包含在这个预定义标识符集合中，只是这些标识符被用作函数名称标识符罢了。

2. 预定义标识符可被override

Go语言的关键字是保留的，我们无法将其用于规范之外的其他场合，比如作为变量的标识符。但是预定义标识符不是关键字，我们可以override它们。下面就是一个对默认表示整型类型的预定义标识符int进行override的例子：

package main

import (
        "fmt"
        "unsafe"
)

type int int8

func main() {
        var a int = 5
        fmt.Printf("%T\n", a) // main.int，而不是int
        fmt.Println(unsafe.Sizeof(a)) // 1，而不是8
}

在上述这个源文件中，预定义标识符int被override为一个自定义类型int，该类型的underlying type为int8，于是当我们输出该类型变量(代码中的变量a)的类型和长度时，我们得到的是main.int和1，而不是int和8。

3. 预定义标识符的声明源码在哪里

Go是开源的编程语言，这些预定义标识符想必也都有自己的“归宿”吧，的确是这样的。Go的每个发行版都带有一份源码，而预定义标识符就在这份源码中。

以Go 1.14为例，我们可以在下面路径中找到预定义标识符的源码：

$GOROOT/src/builtin/builtin.go

以string、int、uint这几个代表原生类型的预定义标识符为例，它们的声明代码如下：

// $GOROOT/src/builtin/builtin.go

// string is the set of all strings of 8-bit bytes, conventionally but not
// necessarily representing UTF-8-encoded text. A string may be empty, but
// not nil. Values of string type are immutable.
type string string

// int is a signed integer type that is at least 32 bits in size. It is a
// distinct type, however, and not an alias for, say, int32.
type int int

// uint is an unsigned integer type that is at least 32 bits in size. It is a
// distinct type, however, and not an alias for, say, uint32.
type uint uint

同时，我们利用go doc builtin.int也可以查看预定义标识符int的文档：

$go doc builtin.int
package builtin // import "builtin"

type int int
    int is a signed integer type that is at least 32 bits in size. It is a
    distinct type, however, and not an alias for, say, int32.

func cap(v Type) int
func copy(dst, src []Type) int
func len(v Type) int

4. 内建函数的源码在哪里？

作为预声明标识符子集的内建函数们在builtin.go中也都有自己的位置，比如：以append这个内建函数为例，我们可以在Go安装包的builtin.go中找到它的原型(Go 1.14)：

// The append built-in function appends elements to the end of a slice. If
// it has sufficient capacity, the destination is resliced to accommodate the
// new elements. If it does not, a new underlying array will be allocated.
// Append returns the updated slice. It is therefore necessary to store the
// result of append, often in the variable holding the slice itself:
// slice = append(slice, elem1, elem2)
// slice = append(slice, anotherSlice...)
// As a special case, it is legal to append a string to a byte slice, like this:
// slice = append([]byte("hello "), "world"...)
func append(slice []Type, elems ...Type) []Type

但我们惊奇的发现：这里没有append函数的实现。那么append内建函数实现的源码究竟在哪里呢？本质上讲append函数，包括其他内建函数其实并没有自己的实现源码。

内建函数仅仅是一个标识符，在Go源码编译期间，Go编译器遇到内建函数标识符时会将其替换为若干runtime的调用，我们还以append函数为例，我们输出下面代码的汇编代码(Go 1.14)：

// append.go
package main

import "fmt"

func main() {
 var s = []int{5, 6}
 s = append(s, 7,   fmt.Println(s)
}

$go tool compile -S append.go > append.s

汇编节选如下(append.s)：

"".main STEXT size=277 args=0x0 locals=0x58
 0x0000 00000 (xxx.go:5) TEXT "".main(SB), ABIInternal, $88-0
 0x0000 00000 (xxx.go:5) MOVQ (TLS), CX
 0x0009 00009 (xxx.go:5) CMPQ SP, 16(CX)
 0x000d 00013 (xxx.go:5) PCDATA $0, $-2
 0x000d 00013 (xxx.go:5) JLS  267
 0x0013 00019 (xxx.go:5) PCDATA $0, $-1
 0x0013 00019 (xxx.go:5) SUBQ $88, SP
 0x0017 00023 (xxx.go:5) MOVQ BP, 80(SP)
 0x001c 00028 (xxx.go:5) LEAQ 80(SP), BP
 0x0021 00033 (xxx.go:5) PCDATA $0, $-2
 0x0021 00033 (xxx.go:5) PCDATA $1, $-2
 0x0021 00033 (xxx.go:5) FUNCDATA $0, gclocals·69c1753bd5f81501d95132d08af04464(SB)
 0x0021 00033 (xxx.go:5) FUNCDATA $1, gclocals·568470801006e5c0dc3947ea998fe279(SB)
 0x0021 00033 (xxx.go:5) FUNCDATA $2, gclocals·bfec7e55b3f043d1941c093912808913(SB)
 0x0021 00033 (xxx.go:5) FUNCDATA $3, "".main.stkobj(SB)
 0x0021 00033 (xxx.go:6) PCDATA $0, $1
 0x0021 00033 (xxx.go:6) PCDATA $1, $0
 0x0021 00033 (xxx.go:6) LEAQ type.[2]int(SB), AX
 0x0028 00040 (xxx.go:6) PCDATA $0, $0
 0x0028 00040 (xxx.go:6) MOVQ AX, (SP)
 0x002c 00044 (xxx.go:6) CALL runtime.newobject(SB)
 0x0031 00049 (xxx.go:6) PCDATA $0, $1
 0x0031 00049 (xxx.go:6) MOVQ 8(SP), AX
 0x0036 00054 (xxx.go:6) MOVQ $5, (AX)
 0x003d 00061 (xxx.go:6) MOVQ $6, 8(AX)
 0x0045 00069 (xxx.go:7) PCDATA $0, $2
 0x0045 00069 (xxx.go:7) LEAQ type.int(SB), CX
 0x004c 00076 (xxx.go:7) PCDATA $0, $1
 0x004c 00076 (xxx.go:7) MOVQ CX, (SP)
 0x0050 00080 (xxx.go:7) PCDATA $0, $0
 0x0050 00080 (xxx.go:7) MOVQ AX, 8(SP)
 0x0055 00085 (xxx.go:7) MOVQ $2, 16(SP)
 0x005e 00094 (xxx.go:7) MOVQ $2, 24(SP)
 0x0067 00103 (xxx.go:7) MOVQ $4, 32(SP)
 0x0070 00112 (xxx.go:7) CALL runtime.growslice(SB)
 0x0075 00117 (xxx.go:7) PCDATA $0, $1
 0x0075 00117 (xxx.go:7) MOVQ 40(SP), AX
 0x007a 00122 (xxx.go:7) MOVQ 48(SP), CX
 0x007f 00127 (xxx.go:7) MOVQ 56(SP), DX
 0x0084 00132 (xxx.go:7) MOVQ $7, 16(AX)
 0x008c 00140 (xxx.go:7) MOVQ $8, 24(AX)
 0x0094 00148 (xxx.go:8) PCDATA $0, $0
 0x0094 00148 (xxx.go:8) MOVQ AX, (SP)
 0x0098 00152 (xxx.go:7) LEAQ 2(CX), AX
 0x009c 00156 (xxx.go:8) MOVQ AX, 8(SP)
 0x00a1 00161 (xxx.go:8) MOVQ DX, 16(SP)
 0x00a6 00166 (xxx.go:8) CALL runtime.convTslice(SB)
 ... ...

我们可以看到：append并没有以独立的身份出现在CALL汇编指令的后面，而是被换成：runtime.growslice、runtime.convTslice以及相关汇编指令了。

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Go 1.16将于2021年2月发布。目前已经进入freeze状态，即不再接受新feature，仅fix bug、编写文档和接受安全更新等。

目前Go 1.16的发布说明尚处于早期草稿阶段，但Go团队成员正在致力于编写发布说明。Go 1.16的完全特性列表说明还得等真正发布前才能得到。如今要了解Go 1.16功能特性都有哪些变化，只能结合现有的release note以及从Go 1.16里程碑中的issue列表中挖掘。

下面就“挖掘”到的Go 1.16重要功能特性变化做简要的且不完全的前瞻。

1. 支持Apple Silicon M1芯片

Apple Silicon M1芯片Macbook的发布让Go团队紧急为Go 1.16增加对M1的支持。如果要跨平台编译，只需设定GOOS=darwin, GOARCH=arm64即可构建出可以在搭载M1芯片的Macbook上运行的Go应用。

同时Go 1.16还增加了对ios/amd64的支持，主要是为了支持在amd64架构上的MacOS上运行ios模拟器。

2. RISC-V架构支持cgo和-buildmode=pie

RISC-V架构很可能是未来5-10年挑战ARM的最主要架构，Go语言持续加大对RISC-V架构的支持，在Go 1.16中对linux/riscv64又增加了cgo支持以及-buildmode=pie。不过目前对risc-v仍仅限于linux os。

3. 有关go module的变化

• module-aware模式成为默认状态。如要回到gopath mode，将GO111MODULE设置为auto；
• go build和go test不会修改go.mod和go.sum文件。能修改这两个文件的命令只有go get和go mod tidy；
• go get之前的构建和安装go包的行为模式将被废弃。go get将专注于分析依赖，并获取go包/module，更新go.mod/go.sum；
• go install将恢复自己构建和安装包的“角色”（在go module加入后，go install日益受到冷落，这次翻身了)；
• go.mod将支持retract指示符，包或module作者可以利用该指示符在自己module的go.mod中标记某些版本撤回(因不安全、不兼容或损坏等原因)，不建议使用。
• go.mod中的exclude指示符语义变更：Go 1.16中将忽略exclude指示的module/包依赖；而之前的版本go工具链仅仅是跳过exclude指示的版本，而使用该依赖包/module的下一个版本。
• -i build flag废弃；
• go get的-insecure命令行标志选项作废，可以用GOINSECURE环境变量指示go get是否通过不安全的http去获取包；

4. 支持在Go二进制文件中嵌入静态文件(文本、图片等)

Go 1.16新增go:embed指示符和embed标准库包，二者一起用于支持在在Go二进制文件中嵌入静态文件。下面是一个在Go应用中嵌入文本文件用于http应答内容的小例子：

// hello.txt
hello, go 1.16

// main.go
package main

import (
         _  "embed"
    "net/http"
)

//go:embed hello.txt
var s string

func main() {
    http.Handle("/", http.HandlerFunc(func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        w.Write([]byte(s))
    }))
    http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

上述源码中的go:embed指示符的含义是：将hello.txt内容存储在字符串变量s中。我们构建该源码，并验证一下s中存储的是否是hello.txt中的数据：

$ go build -o demo main.go
$ mv hello.txt hello.txt.bak // 将hello.txt改名，我们看看数据是否真的已经嵌入到二进制文件demo中了
$ ./demo

$curl localhost:8080
hello, go 1.16

5.GODEBUG环境变量支持跟踪

当GODEBUG环境变量包含inittrace=1时，Go运行时将会报告各个源代码文件中的init函数的执行时间和内存开辟消耗情况。比如对于上面的程序demo，我们按如下命令执行：

# GODEBUG=inittrace=1 ./demo
init internal/bytealg @0.014 ms, 0 ms clock, 0 bytes, 0 allocs
init runtime @0.033 ms, 0.015 ms clock, 0 bytes, 0 allocs
init errors @0.24 ms, 0.003 ms clock, 0 bytes, 0 allocs
init sync @0.47 ms, 0.001 ms clock, 16 bytes, 1 allocs
init io @0.66 ms, 0 ms clock, 144 bytes, 9 allocs
init internal/oserror @0.85 ms, 0 ms clock, 80 bytes, 5 allocs
init syscall @1.0 ms, 0.006 ms clock, 624 bytes, 2 allocs
init time @1.2 ms, 0.013 ms clock, 384 bytes, 8 allocs
init path @1.4 ms, 0.003 ms clock, 16 bytes, 1 allocs
init io/fs @1.6 ms, 0 ms clock, 16 bytes, 1 allocs
init context @2.3 ms, 0.002 ms clock, 128 bytes, 4 allocs
init math @2.5 ms, 0 ms clock, 0 bytes, 0 allocs
init strconv @2.7 ms, 0 ms clock, 32 bytes, 2 allocs
init unicode @2.9 ms, 0.065 ms clock, 23736 bytes, 26 allocs
init bytes @3.2 ms, 0 ms clock, 48 bytes, 3 allocs
init crypto @3.3 ms, 0.001 ms clock, 160 bytes, 1 allocs
init reflect @3.5 ms, 0.002 ms clock, 0 bytes, 0 allocs
init encoding/binary @3.7 ms, 0 ms clock, 16 bytes, 1 allocs
init crypto/cipher @3.8 ms, 0 ms clock, 16 bytes, 1 allocs
init crypto/aes @4.0 ms, 0.003 ms clock, 16 bytes, 1 allocs
init internal/poll @4.1 ms, 0 ms clock, 64 bytes, 4 allocs
init os @4.2 ms, 0.029 ms clock, 544 bytes, 13 allocs
init fmt @4.4 ms, 0.003 ms clock, 32 bytes, 2 allocs
init math/rand @4.5 ms, 0.023 ms clock, 5440 bytes, 3 allocs
init math/big @4.7 ms, 0.002 ms clock, 32 bytes, 2 allocs
init crypto/sha512 @4.8 ms, 0.004 ms clock, 0 bytes, 0 allocs
init encoding/asn1 @5.0 ms, 0.004 ms clock, 224 bytes, 7 allocs
init vendor/golang.org/x/crypto/cryptobyte @5.1 ms, 0 ms clock, 48 bytes, 2 allocs
init crypto/ecdsa @5.3 ms, 0 ms clock, 48 bytes, 3 allocs
init bufio @5.4 ms, 0.003 ms clock, 176 bytes, 11 allocs
init crypto/rand @5.6 ms, 0.001 ms clock, 120 bytes, 4 allocs
init crypto/rsa @5.7 ms, 0.007 ms clock, 648 bytes, 18 allocs
init crypto/sha1 @5.8 ms, 0 ms clock, 0 bytes, 0 allocs
init crypto/sha256 @5.9 ms, 0 ms clock, 0 bytes, 0 allocs
init encoding/base64 @5.9 ms, 0.006 ms clock, 1408 bytes, 4 allocs
init crypto/md5 @6.0 ms, 0 ms clock, 0 bytes, 0 allocs
init encoding/hex @6.1 ms, 0 ms clock, 16 bytes, 1 allocs
init crypto/x509/pkix @6.1 ms, 0.001 ms clock, 624 bytes, 2 allocs
init path/filepath @6.2 ms, 0 ms clock, 16 bytes, 1 allocs
init vendor/golang.org/x/net/dns/dnsmessage @6.3 ms, 0.009 ms clock, 1616 bytes, 27 allocs
init net @6.3 ms, 0.029 ms clock, 2840 bytes, 74 allocs
init crypto/dsa @6.5 ms, 0 ms clock, 16 bytes, 1 allocs
init crypto/x509 @6.5 ms, 0.016 ms clock, 4768 bytes, 15 allocs
init io/ioutil @6.7 ms, 0.002 ms clock, 16 bytes, 1 allocs
init vendor/golang.org/x/sys/cpu @6.7 ms, 0.009 ms clock, 1280 bytes, 1 allocs
init vendor/golang.org/x/crypto/chacha20poly1305 @6.8 ms, 0 ms clock, 16 bytes, 1 allocs
init vendor/golang.org/x/crypto/curve25519 @6.9 ms, 0 ms clock, 0 bytes, 0 allocs
init crypto/tls @7.0 ms, 0.007 ms clock, 1600 bytes, 11 allocs
init log @7.0 ms, 0 ms clock, 80 bytes, 1 allocs
init mime @7.1 ms, 0.008 ms clock, 1232 bytes, 4 allocs
init mime/multipart @7.2 ms, 0.001 ms clock, 192 bytes, 4 allocs
init compress/flate @7.3 ms, 0.012 ms clock, 4240 bytes, 7 allocs
init hash/crc32 @7.4 ms, 0.014 ms clock, 1024 bytes, 1 allocs
init compress/gzip @7.5 ms, 0 ms clock, 32 bytes, 2 allocs
init vendor/golang.org/x/text/transform @7.5 ms, 0 ms clock, 80 bytes, 5 allocs
init vendor/golang.org/x/text/unicode/bidi @7.6 ms, 0.005 ms clock, 272 bytes, 2 allocs
init vendor/golang.org/x/text/secure/bidirule @7.7 ms, 0.008 ms clock, 16 bytes, 1 allocs
init vendor/golang.org/x/text/unicode/norm @7.8 ms, 0.002 ms clock, 0 bytes, 0 allocs
init vendor/golang.org/x/net/idna @7.8 ms, 0 ms clock, 0 bytes, 0 allocs
init vendor/golang.org/x/net/http/httpguts @7.9 ms, 0.002 ms clock, 848 bytes, 3 allocs
init vendor/golang.org/x/net/http2/hpack @7.9 ms, 0.063 ms clock, 22440 bytes, 32 allocs
init net/http/internal @8.1 ms, 0.005 ms clock, 1808 bytes, 3 allocs
init vendor/golang.org/x/net/http/httpproxy @8.2 ms, 0 ms clock, 336 bytes, 2 allocs
init net/http @8.3 ms, 0.026 ms clock, 10280 bytes, 113 allocs

我们看到各个依赖包中的init函数执行的消耗情况都被输出了出来，根据这些信息，我们可以很容易判断出init函数中可能存在的性能问题或瓶颈。

6. 链接器进一步优化

既Go 1.15实现了go linker的第一阶段优化后，Go 1.16中继续实施了对linker的第二阶段优化。优化后的链接器要平均比Go 1.15的快20%-25%，消耗的内存却减少5%-15%。

7. struct field的tag中的多个key可以合并写

如果某个结构体支持多种编码格式的序列化和反序列化，比如：json、bson、xml，那么之前版本需要按如下书写该结构体的字段tag，冗长且重复：

type MyStruct struct {
  Field1 string `json:"field_1,omitempty" bson:"field_1,omitempty" xml:"field_1,omitempty" form:"field_1,omitempty" other:"value"`
}

Go 1.16支持将多个key进行合并，上面的tag可以写成如下形式：

type MyStruct struct {
  Field1 string `json bson xml form:"field_1,omitempty" other:"value"`
}

8. 其他改变

• 新增runtime/metrics包，以替代runtime.ReadMemStats和debug.ReadGCStats输出runtime的各种度量数据，这个包更通用稳定，性能也更好；
• 新增io/fs包，用于提供只读的操作os的文件树的高级接口；
• 对Unicode标准的支持从12.0.0升级为13.0.0。

附录：安装go tip版本的两种方式

1) 从源码安装

$git clone https//github.com/golang/go.git
$cd go/src
$./all.bash

2) 使用gotip工具安装

$go get golang.org/dl/gotip
$gotip download

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