Rust与C在Linux系统中的互操作性如何

Rust与C在Linux系统中的互操作性
Rust与C在Linux系统中的互操作性通过**Foreign Function Interface（FFI）**实现，允许两者直接调用对方的函数、传递数据并复用现有代码。这种互操作性依赖于C ABI（Application Binary Interface）的兼容性，确保二进制层面的一致性。

1. Rust调用C代码

Rust通过extern "C"块声明C函数，并通过build.rs或libc库链接C代码，实现对其功能的调用。

• 声明C函数：使用extern "C"标记外部函数，告知Rust编译器按C ABI调用（避免名称修饰）。例如，调用C的gethostname函数需声明：extern "C" { fn gethostname(name: *mut c_char, len: usize) -> i32; }。
• 链接C库：有两种方式链接C代码——静态库（.a文件）和动态库（.so文件）。静态库通过build.rs中的cc::Build编译并链接（如println!("cargo:rustc-link-lib=static=mylib");），动态库则通过#[link(name = "mylib")]属性指定库名（如#[link(name = "hello")] extern "C" { fn say_hello(); }）。
• 数据类型转换：Rust与C的数据类型需匹配，常用std::os::raw模块中的类型（如c_int对应int、c_char对应char）。字符串需用CString转换（如let c_str = CString::new("hello").unwrap();），避免空字符问题。
• 示例流程：编写C代码（hello.c：void say_hello() { printf("Hello from C!\n"); }），编译为动态库（gcc -shared -o libhello.so -fPIC hello.c），在Rust中声明并调用（extern "C" { fn say_hello(); }，unsafe { say_hello(); }）。

2. C调用Rust代码

C通过extern关键字声明Rust函数，Rust需用#[no_mangle]防止名称修饰，并编译为C兼容的库（静态库.a或动态库.so），供C链接。

• Rust代码准备：使用#[no_mangle]标记导出函数（如#[no_mangle] pub extern "C" fn add(a: i32, b: i32) -> i32 { a + b }），并配置Cargo.toml的crate-type为cdylib（动态库）或staticlib（静态库）。
• 编译Rust库：通过cargo build --release生成库文件（如target/release/librust_to_c.so），供C链接。
• C代码调用：在C中声明Rust函数（extern int add(int a, int b);），编译时链接Rust库（gcc -o main main.c -L./target/release -lrust_to_c），运行时通过LD_LIBRARY_PATH指定库路径（export LD_LIBRARY_PATH=./target/release:$LD_LIBRARY_PATH）。

3. 关键注意事项

• ABI兼容性：确保Rust与C使用相同的ABI（默认C ABI），避免跨编译器或平台的不兼容问题。
• 内存管理：C手动管理内存，Rust自动管理。跨语言传递堆内存时，需在Rust中用Box::into_raw转换（如let ptr = Box::into_raw(Box::new(42));），在C中用Box::from_raw释放（如unsafe { Box::from_raw(ptr); }），避免内存泄漏。
• 错误处理：C函数通常返回错误码（如-1表示失败），Rust需用Result类型包装（如pub fn safe_c_function() -> Result<i32, &'static str>），处理C的错误返回值。
• 工具辅助：使用bindgen工具自动生成Rust绑定（如从C头文件生成bindings.rs），简化复杂C库的调用（如bindgen wrapper.h -o src/bindings.rs）。