2311rust对接C

原文
为了与其他语言通信,Rust提供了(FFI)外部函数接口.FFI是Rust和C间的函数调用,与C函数调用有相同性能的零成本抽象.

FFI绑定还可利用(如所有权和借用)语言功能来提供强制指针和其他资源协议的安全接口.

Rust与C对话

从Rust调用C代码的简单示例开始.如下为C代码:

int double_input(int input) {return input * 2;
}

要从Rust调用它,可如下编写程序:

extern crate libc;
//外部仓库.
extern {fn double_input(input: libc::c_int) -> libc::c_int;//写签名.
}
fn main() {let input = 4;let output = unsafe { double_input(input) };//不安全中调用.println!("{} * 2 = {}", input, output);
}

就这样!在源码级,除了声明签名外,就行了.
但有些细节:
首先,看到extern crate libc.此libc仓库在与C语言通信时,为FFI绑定提供了许多有用的类型定义,且确保C和Rust在跨语言边界类型上保持一致.
再看:

extern {fn double_input(input: libc::c_int) -> libc::c_int;
}

在Rust中,这是外部可用函数的声明.可按C头文件对待.这里编译器要了解函数的输入和输出,可在上面看到,这与C中定义匹配.
接着,程序主体:

fn main() {let input = 4;let output = unsafe { double_input(input) };println!("{} * 2 = {}", input, output);
}

在此看到了Rust中FFI的关键方面,即不安全块.编译器对double_input的实现一无所知,因此它必须假设调用外部函数时,都可能内存不安全.
再看看是否可验证零成本.
为了了解Rust做了什么,直接进入上述main函数对double_input调用的汇编代码:

mov    $0x4,%edi
callq  3bc30 <double_input>

如前,就是这样!在此可见,把参数移动到位后,从Rust调用C函数恰好涉及一个调用指令,这与C语言中的成本完全相同.

安全抽象

在Rust中绑定C库时,不仅是零成本,还可比C更安全!
如,考虑解析tarball的C库.该库公开取读tarball中每个文件内容的函数,可能如下:

 //在`tarball`中,在给定`索引`处,取文件的数据,如果不存在`该文件`,则返回`NULL`.如果成功,用文件大小`填充`,`"size"`指针.
const char *tarball_file_data(tarball_t *tarball, unsigned index, size_t *size);

但是,此函数假定返回的char*指针生命期不超过输入的tarball.绑定到Rust中时,此API可能如下:

pub struct Tarball { raw: *mut tarball_t }
impl Tarball {pub fn file(&self, index: u32) -> Option<&[u8]> {unsafe {let mut size = 0;let data = tarball_file_data(self.raw, index as libc::c_uint, &mut size);if data.is_null() {None} else {Some(slice::from_raw_parts(data as *const u8, size as usize))}}}
}

这里的*mut tarball_t指针,由Tarball所有,并由它负责析构和清理.
此外,file方法返回生命期隐式与源tarball自身生命期相关联(&self参数)的借用切片.

这是Rust指示,只能在tarball的生命期内使用返回的slice,静态避免了直接使用C时易产生的悬挂针错误.

因为Rust的静态检查,使用Rust端的API根本不可能造成段错误.所有这些都是零成本的:无额外分配或成本,可在Rust中表示C语言中的原始类型.

Rust令人惊叹的社区,已围绕现有的C库构建了一些实质性的安全绑定,包括OpenSSL,libgit2,libdispatch,libcurl,sdl2,UnixAPI和libsodium.
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C语言与Rust对话

零成本FFI不仅适合Rust调用C,也适合C调用Rust!
首先,从Rust代码开始:

#[no_mangle]
pub extern fn double_input(input: i32) -> i32 {input * 2
}

与之前Rust代码一样,首先,用#[no_mangle]属性标记了函数定义.
指示编译器不要装饰double_input函数的符号名.Rust使用类似C++混杂名来确保库名不会相互冲突.
extern,可与C函数兼容.编译为lib文件,而不是rlib库.

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
extern int32_t double_input(int32_t input);
int main() {int input = 4;int output = double_input(input);printf("%d * 2 = %d\n", input, output);return 0;
}

Rust没有垃集和运行时,因此实现了从C到Rust的无缝过渡.外部C代码不需要安装Rust执行设置,使得过渡成本非常低.