Go调用Rust外部函数接口前置

时间:2022-06-18 张晋涛人气:0

前言

近期 Rust 社区/团队有些变动，所以再一次将 Rust 拉到大多数人眼前。

我最近看到很多小伙伴说的话：

Rust 还值得学吗？社区是不是不稳定呀
Rust 和 Go 哪个好？
Rust 还值得学吗？

这些问题如果有人来问我，那我的回答是：

小孩子才做选择，我都要！

当然，关于 Rust 和 Go 的问题也不算新，比如之前的一条推文：

我在本篇中就来介绍下如何用 Go 调用 Rust。

当然，这篇中我基本上不会去比较 Go 和 Rust 的功能，或者这种方式的性能之类的，Just for Fun

FFI 和 Binding

FFI (Foreign Function Interface) 翻译过来叫做外部函数接口（为了比较简单，下文中都将使用 FFI 指代）。最早来自于 Common Lisp 的规范，这是在 wiki 上写的，我并没有去考证。不过我所使用过的绝大多数语言中都有 FFI 的概念/术语存在，比如：Python、Ruby, Haskell、Go、Rust、LuaJIT 等。

FFI 的作用简单来说就是允许一种语言去调用另一种语言，有时候我们也会用 Binding 来表示类似的能力。

在不同的语言中会有不同的实现，比如在 Go 中的 cgo , Python 中的 ctypes ， Haskell 中的 CAPI （之前还有一个 ccall）等。我个人感觉 Haskell 中用 FFI 相比其他语言要更简单&方便的多，不过这不是本篇的重点就不展开了。

在本文中，对于 Go 和 Rust 而言，它们的 FFI 需要与 C 语言对象进行通信，而这部分其实是由操作系统根据 API 中的调用约定来完成的。

我们来进入正题。

准备 Rust 示例程序

Rust 的安装和 Cargo 工具的基本使用，这里就不介绍了。大家可以去 Rust 的官网进行了解。

用 Cargo 创建项目

我们先准备一个目录用来放本次示例的代码。（我创建的目录叫做 go-rust ）

然后使用 Rust 的 Cargo 工具创建一个名叫 rustdemo 的项目，这里由于我增加了 --lib 的选项，使用其内置的 library 模板。

➜  go-rust git:(master) ✗ mkdir lib && cd lib
➜  go-rust git:(master) ✗ cargo new --lib rustdemo
     Created library `rustdemo` package
➜  go-rust git:(master) ✗ tree rustdemo 
rustdemo
├── Cargo.toml
└── src
    └── lib.rs
1 directory, 2 files

准备 Rust 代码

extern crate libc;
use std::ffi::{CStr, CString};
#[no_mangle] 
pub extern "C" fn rustdemo(name: *const libc::c_char) -> *const libc::c_char {
    let cstr_name = unsafe { CStr::from_ptr(name) };
    let mut str_name = cstr_name.to_str().unwrap().to_string();
    println!("Rust get Input:  \"{}\"", str_name);
    let r_string: &str = " Rust say: Hello Go ";
    str_name.push_str(r_string);
    CString::new(str_name).unwrap().into_raw()
}

代码比较简单，Rust 暴露出来的函数名叫做 rustdemo ，接收一个外部的参数，并将其打印出来。之后从 Rust 这边再设置一个字符串。

CString::new(str_name).unwrap().into_raw() 被转换为原始指针，以便之后由 C 语言处理。

编译 Rust 代码

我们需要修改下 Cargo.toml 文件以便进行编译。注意，这里我们增加了 crate-type = ["cdylib"] 和 libc 。

[package]
name = "rustdemo"
version = "0.1.0"
edition = "2021"
[lib]
crate-type = ["cdylib"]
[dependencies]
libc = "0.2"

然后进行编译

➜  rustdemo git:(master) ✗ cargo build --release
   Compiling rustdemo v0.1.0 (/home/tao/go/src/github.com/tao12345666333/go-rust/lib/rustdemo)
    Finished release [optimized] target(s) in 0.22s

查看生成的文件，这是一个 .so 文件（这是因为我在 Linux 环境下，你如果在其他系统环境下会不同)

➜  rustdemo git:(master) ✗ ls target/release/librustdemo.so 
target/release/librustdemo.so

准备 Go 代码

Go 环境的安装之类的这里也不再赘述了，继续在我们的 go-rust 目录操作即可。

编写 main.go

package main
/*
#cgo LDFLAGS: -L./lib -lrustdemo
#include <stdlib.h>
#include "./lib/rustdemo.h"
*/
import "C"
import (
	"fmt"
	"unsafe"
)
func main() {
	s := "Go say: Hello Rust"
	input := C.CString(s)
	defer C.free(unsafe.Pointer(input))
	o := C.rustdemo(input)
	output := C.GoString(o)
	fmt.Printf("%s\n", output)
}

在这里我们使用了 cgo ，在 import "C" 之前的注释内容是一种特殊的语法，这里是正常的 C 代码，其中需要声明使用到的头文件之类的。

下面的代码很简单，定义了一个字符串，传递给 rustdemo 函数，然后打印 C 处理后的字符串。

同时，为了能够让 Go 程序能正常调用 Rust 函数，这里我们还需要声明其头文件，在 lib/rustdemo.h 中写入如下内容：

char* rustdemo(char *name);

编译代码

在 Go 编译的时候，我们需要开启 CGO （默认都是开启的），同时需要链接到 Rust 构建出来的 rustdemo.so 文件，所以我们将该文件和它的头文件放到 lib 目录下。

➜  go-rust git:(master) ✗ cp lib/rustdemo/target/release/librustdemo.so lib

所以完整的目录结构就是：

➜  go-rust git:(master) ✗ tree -L 2 .
.
├── go.mod
├── lib
│   ├── librustdemo.so
│   ├── rustdemo
│   └── rustdemo.h
└── main.go
2 directories, 5 files

编译：

➜  go-rust git:(master) ✗ go build -o go-rust  -ldflags="-r ./lib" main.go
➜  go-rust git:(master) ✗ ./go-rust 
Rust get Input:  "Go say: Hello Rust"
Go say: Hello Rust Rust say: Hello Go

可以看到，第一行的输出是由 Go 传入了 Rust ，第二行中则是从 Rust 再传回 Go 的了。符合我们的预期。

总结

本篇介绍了如何使用 Go 与 Rust 进行结合，介绍了其前置关于 FFI 相关的知识，后续通过一个小的实践演示了其完整过程。感兴趣的小伙伴可以自行实践下，更多关于Go调用Rust外部函数接口前置的资料请关注其它相关文章！

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