Rust: 可以从 C 调用的 Rust 函数

创建于 2012-02-02 · 16评论 · 资料来源: rust-lang/rust

我们现在有很多场景，创建绑定的人希望能够提供一个 C 函数可以调用的回调。当前的解决方案是编写一个原生 C 函数，该函数使用一些未指定的内部 API 将消息发送回 Rust 代码。理想情况下，它不涉及编写 C 代码。

这是在 Rust 中创建可以从 C 代码调用的函数的最小解决方案。要点是：1）我们还有另一种函数声明，2）这个函数不能从 Rust 代码中调用，3）它的值可以作为一个不透明的不安全指针，4）它在堆栈切换魔法中烘焙并适应从 C ABI 到 Rust ABI。

C-to-Rust（地壳）函数的声明：

crust fn callback(a: *whatever) {
}

获取指向 C ABI 函数的不安全指针：

let callbackptr: *u8 = callback;

我们也可以专门为此目的定义一些类型。

编译器实现：

它主要是直截了当的，但 trans 变得丑陋。在 trans 中，我们需要做的基本上与我们对原生 mod 函数所做的相反：

使用声明的签名生成 C ABI 函数
生成一个在结构中接受 C 参数的填充函数
C 函数将参数填充到结构中
C 函数使用参数结构和 shim 函数的地址调用 upcall_call_shim_on_rust_stack
使用声明的签名生成 Rust ABI 函数
shim 函数从结构体中取出参数并调用 Rust 函数

运行时实现：

运行时必须以几种方式进行更改才能实现此目的：

切换回 Rust 堆栈的新调用
任务需要维护一堆 Rust 上下文和 C 上下文
重新进入 Rust 堆栈后需要一个策略来处理失败
需要一个策略来处理重新进入 Rust 堆栈后的屈服

失败：

我们不能在重新进入 Rust 堆栈后简单地抛出异常，因为不能保证本地代码可以用 C++ 异常展开。在这种情况下，Go 语言显然会跳过所有本地帧，一路泄漏所有内容。相反，我们将中止——如果用户想要避免灾难性失败，他们应该使用他们的 Rust 回调来调度消息并立即返回。

产量：

如果不改变我们处理 C 堆栈的方式，我们就不能允许 Rust 函数在从 C 代码重新进入 Rust 堆栈后上下文切换到调度程序。我看到两种解决方案：

1) 重新进入 Rust 堆栈和简单地阻塞后，产量是不同的。想要执行此操作的任务应确保它们有自己的调度程序 (#1721)。
2) 任务不是使用调度程序的堆栈运行本机代码，而是从位于每个调度程序的池中检出 C 堆栈。每次任务重新进入 C 堆栈时，它会检查它是否已经有一个并重用它，否则它将从调度程序请求一个新的。这将允许 Rust 代码始终正常产生而不会占用调度程序。

我更喜欢第二种选择。

另见#1508

A-debuginfo A-runtime A-typesystem E-easy

资料来源

brson

最有用的评论

请原谅这个复活，但是这个问题是从一个 y-combinator 和其他一些网站链接的，我最近有一个菜鸟问这个问题，所以我注意到，根据这个问题和后来的变化，从 C 调用 Rust很简单：

#[no_mangle]
pub extern fn hello_rust() -> *const u8 {
    "Hello, world!\0".as_ptr()
}

#include "stdio.h"
const char *hello_rust(void);
int main(void) {
    printf("%.32s\n", hello_rust());
}

alexchandel 于 2016-07-14

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所有16条评论

很抱歉跳到这里，但我想强调的是，调用 C 函数应该很快，就像在 _blazing_ 中一样。如果我想使用 Allegro、SDL 或 Opengl 等 C 库编写 rust 游戏，这是必不可少的。否则游戏会在大量C调用的渲染代码中变慢，这是不能接受的。默认的带有 cgo 的 Go 语言编译器就有这样的问题。

所以我更喜欢快速的解决方案，即使它可能会限制 Rust 端的功能可以做什么。

另外，使用“native fn”代替“crust fn”不是一个想法，还是有其他计划的含义？

beoran 于 2012-02-02

@beoran你有这个落后。我们正在谈论 C 调用 Rust。从 Rust 调用 C 函数已经相当快了（可以做得更快一些）。

nikomatsakis 于 2012-02-02

好的我明白了。有什么方法可以帮助我加快从 Rust 调用 C 的速度？

beoran 于 2012-02-02

@beoran正如我所说的，它与这个问题有点正交……但你能做的最好的事情可能是建立一个基准，显示性能如何不足。 :)

nikomatsakis 于 2012-02-02

好的，当我对 Allegro 进行足够多的包装以比较从 rust Rust 调用它与从 C 调用它的开销时，我会这样做。我现在先不理会这个问题，一旦我有了新的问题，我会打开一个新的基准。

beoran 于 2012-02-02

我们是否可以通过让 C 函数直接写入 Rust 堆栈来避免参数的副本之一，就像 Rust->C 调用当前所做的那样？

pcwalton 于 2012-02-06

我希望通过内联消除来自 shim 结构和进入 rust 函数参数的参数的最终副本。我不确定这是否是你所指的。

我相信我们的 C 调用当前将参数复制到 Rust 堆栈上的结构中，然后将该结构复制到 C 堆栈中。

brson 于 2012-02-06

@pcwalton Rust- >C 当前不直接写入 C 堆栈，因为这是特定于 i386 的。我想避免必须编写特定于特定调用约定的代码，即使以牺牲一些性能为代价，以便 64 位工作。（我认为这样的优化现在可能有意义，不过——特别是#1402 指出 LLVM 并没有真正完全处理调用约定_无论如何_）

nikomatsakis 于 2012-02-06

读完栈切换函数后，arg struct 根本没有跨栈复制，只是将指向前一个栈的指针传递给在新栈上运行的函数，这很有意义。

brson 于 2012-02-08

arg 结构不会被复制，但 shim 函数会从中加载值并将它们重新推送到新堆栈上。用于将参数值直接写入目标堆栈的旧代码。这在 i386 上是有意义的，但在 x86_64 上，弄清楚哪些值将进入堆栈等要复杂得多。

nikomatsakis 于 2012-02-08

经过一些测试，我发现外壳功能很难保证它们不会失效。当前发生的情况是，当顶级任务（如 main）失败时，每个任务都会被告知失败，因此一旦回调尝试发送消息（或从发送消息返回时），它最终可能会失败并导致运行时异常中止。

brson 于 2012-02-14

我想我们可以更改 rust_task 以在任务重新进入 Rust 堆栈后忽略终止请求。对于实现事件循环的任务，他们可以查看某个监视器端口，寻找指示运行时失败的消息，并找出如何正常终止。

brson 于 2012-02-14

那么当顶级任务失败时，它会将错误传播给它的子任务吗？我想我不明白我们的错误传播模型，我认为它是从叶子开始的。似乎在 C 堆栈上运行的代码应该能够在无监督任务或类似任务中运行。

nikomatsakis 于 2012-02-14

它基本上就像“main”受内核监督一样，所以如果 main 失败，一切都会失败。

brson 于 2012-02-14

我说这已经完成了。有一点清理，我已经为剩余的问题提交了单独的错误。

brson 于 2012-02-14

#[no_mangle]
pub extern fn hello_rust() -> *const u8 {
    "Hello, world!\0".as_ptr()
}

#include "stdio.h"
const char *hello_rust(void);
int main(void) {
    printf("%.32s\n", hello_rust());
}

alexchandel 于 2016-07-14

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运行时实现：

失败：

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