把闭包变成函数指针——libffi闭包原理解析

本文深入解析了将闭包转换为函数指针的过程，主要通过引入libffi库实现这一目标。通常情况下，一个使用C语言编写的库可能会暴露一个接收函数指针作为回调函数的接口，例如：

这允许开发者以较为灵活的方式使用该接口。然而，这种设计仍然存在一些问题，如手动管理数据指针的生命周期，可能导致内存泄漏。为了解决这个问题，引入了闭包的概念。

在C++中，可以通过使用`std::function`包装接口来实现闭包，使得传递闭包作为回调函数变得更为方便，并能够利用C++的现代工具。这里的`callback`和`data`参数分别对应闭包中的函数指针和上下文。

然而，在某些情况下，回调函数API可能并不支持闭包，只接受裸函数指针，限制了传递闭包的能力。为了解决这一挑战，`libffi`库提供了一种解决方案，允许将闭包退化为函数指针。

关键在于，`ffi_prep_closure_loc`函数的调用，使得能够将`codeloc`转换为适当的函数指针类型。核心思想在于利用额外的内存存储闭包的数据，同时借助函数指针本身的地址作为唯一的标识。

实现这一机制的关键在于trampoline的概念，每个trampoline包含`code`和`data`两个字段。`code`指向注册的回调函数入口点，而`data`存储与回调函数相关的数据。通过`jmp *%r10`指令，程序能够跳转到其他代码，实现回调函数的执行。

为了确保`code`和`data`之间的固定偏移，`libffi`分配了两个连续的4k内存区域。这样，可以通过计算所有指令长度的总和，从4k中减去得到偏移量。对于Linux x86_64系统，这一计算可以通过特定的汇编代码实现。

此外，`libffi`通过读取其自身的内存映射，定位文本内存并计算trampoline表的偏移，然后通过`mmap`进行映射。trampoline的代码通过`.rept`指令重复多次填充4k内存。

总结起来，通过`libffi`库，闭包与函数指针之间的转换得以实现，既解决了回调函数API的限制，又避免了分配可写+可执行权限内存的需求，同时简化了闭包数据的管理。

通过一个简单的示例，展示了一个核心库的实现，包含不足100行代码，使得理解这一过程更为直观。如果认为这个实现对您有所帮助，请给予star支持。

特别感谢@Richard Yu在初期指出了错误并参与讨论，使得本文得以成形。值得注意的是，上述实现细节主要针对Linux x86_64架构，其他架构和系统的实现同样具有独特之处，留给读者进一步探索。

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