Rust 学习笔记 27：FFI 交互 (Foreign Function Interface)

“Rust is what C++ should have been.” (Debatable, but Rust interacts with C perfectly)

FFI 允许 Rust 代码调用其他语言写的函数，或者让其他语言调用 Rust 函数。 由于 C 语言是计算机世界的"通用语" (Lingua Franca)，FFI 通常指的就是与 C 语言的交互。

1. 调用 C 函数

要在 Rust 中调用 C 函数，我们需要：

  1. 使用 extern "C" 块声明外部函数签名。
  2. 在 unsafe 块中调用它们（因为编译器无法保证 C 代码的安全性）。
1extern "C" {
2    fn abs(input: i32) -> i32;
3}
4
5fn main() {
6    unsafe {
7        println!("Absolute value of -3 according to C: {}", abs(-3));
8    }
9}

Rust 默认会链接系统的标准 C 库 (libc)，所以像 abs, malloc, free 这样的标准函数可以直接用。如果是第三方库，还需要在 build.rs 中配置链接参数。

2. 数据类型转换

C 和 Rust 的类型必须一一对应。Rust 提供了 std::os::raw 和 std::ffi 模块来处理这些转换。

  • i32 <-> c_int
  • *const c_char <-> CString (Rust -> C) / CStr (C -> Rust)

注意 String 和 CString 的区别：Rust 的 String 不以 \0 结尾并且包含长度信息；C 的字符串以 \0 结尾且不知道长度。

3. 暴露 Rust 函数给 C (Rust as a Library)

如果我们想把 Rust 写成一个动态库 (.so / .dll) 给 C/Python/Node.js 调用：

  1. 添加 #[no_mangle]：防止 Rust 编译器混淆函数名，保持函数名在符号表中原样显示。
  2. 添加 extern "C"：使用 C 的 ABI（调用约定）。
1#[no_mangle]
2pub extern "C" fn call_from_c() {
3    println!("Just called a Rust function from C!");
4}

在 Cargo.toml 中设置 crate-type = ["cdylib"] 即可编译出动态库。

4. Bindgen

手动写 extern "C" 声明对于大库来说太累了。 Rust 社区提供了 bindgen 工具，它可以自动读取 C 头文件 (.h) 并生成对应的 Rust FFI 代码。反过来，cbindgen 可以从 Rust 代码生成 C 头文件。

5. 小结

第27篇笔记。 Rust 的 FFI 能力是它能逐步重写现有 C/C++ 项目的关键。 使用 unsafe 是必须的，但我们可以把 unsafe 的 FFI 调用封装在安全的 Rust API 后面（就像标准库里的 File, TcpStream 底层都是 FFI 调用）。

下一篇，我们将进入一个全新的领域：Web 开发初探 (Web Development)。Rust 能用来写网页后端吗？Actix-web? Axum? 上手写个 Hello World 试试。

练习题：

  1. 尝试编写一个简单的 C 程序（如 hello.c），编译成对象文件 (.o)，然后使用 build.rs 指示 cargo 链接它，并在 Rust 中调用 C 程序中的函数。
  2. 了解一下 libc crate，它是 Rust 对 C 标准库的封装，省去了我们自己写 extern 声明的麻烦。

思考题：

如果 C 函数分配了内存并返回指针给 Rust，Rust 该如何自动释放这块内存？（提示：实现 Drop trait 并调用 C 的 free）。

本文代码示例：

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