面试题：Rust跨平台兼容代码编写之FFI处理

Question

假设你要编写一个Rust库，需要与C语言进行跨平台交互（FFI），在Windows、Linux和macOS上都能正常工作。请描述实现这个过程的关键步骤和可能遇到的跨平台兼容性问题，并且给出一个简单的示例代码，展示如何正确地进行跨平台的FFI调用。

Answer 1

关键步骤

1. 定义C接口：在C语言中定义要暴露给Rust的函数接口，使用extern "C"指定C语言的调用约定。例如：

// c_code.c
#include <stdio.h>

// 定义一个简单的C函数
extern "C" int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

2. 编译C代码为动态链接库：
   • Windows：使用MinGW或MSVC编译为.dll文件。例如使用MinGW：gcc -shared -o c_code.dll c_code.c
   • Linux：使用GCC编译为.so文件。gcc -shared -o c_code.so c_code.c
   • macOS：使用Clang编译为.dylib文件。clang -dynamiclib -o c_code.dylib c_code.c
3. 在Rust中声明外部函数：在Rust库中使用extern "C"块声明要调用的C函数。例如：

// rust_lib.rs
#[cfg(target_os = "windows")]
const LIB_NAME: &str = "c_code.dll";
#[cfg(target_os = "linux")]
const LIB_NAME: &str = "libc_code.so";
#[cfg(target_os = "macos")]
const LIB_NAME: &str = "libc_code.dylib";

extern "C" {
    fn add(a: i32, b: i32) -> i32;
}

4. 加载动态链接库并调用函数：使用std::ffi::CString和std::os::raw::c_char等处理字符串类型（如果有），使用libloading等库来加载动态链接库（在Rust 1.36及以上可以使用std::os::unix::ffi::OsStrExt等处理Unix系统路径）。例如：

use std::ffi::CString;
use std::os::raw::c_char;
use libloading::{Library, Symbol};

fn main() {
    let lib = Library::new(LIB_NAME).expect("Failed to load library");
    let add: Symbol<unsafe extern "C" fn(i32, i32) -> i32> = lib.get(b"add").expect("Failed to get symbol");
    let result = unsafe { add(2, 3) };
    println!("The result is: {}", result);
}

跨平台兼容性问题

1. 文件命名和路径分隔符：不同操作系统动态链接库的命名规则不同（.dll、.so、.dylib），且路径分隔符也不同（Windows使用\，Unix系统使用/）。可以通过cfg属性根据目标操作系统选择正确的库名和路径处理方式。
2. 调用约定：虽然使用extern "C"指定了C调用约定，但某些平台特定的编译器优化或调用规范可能会导致问题。确保在编译C代码和Rust代码时使用一致的调用约定。
3. 数据类型：不同平台对某些数据类型的大小和表示可能不同。例如，long类型在32位和64位系统上大小不同。尽量使用固定大小的数据类型（如i32、u64等）。
4. 字符编码：如果涉及字符串交互，Windows通常使用UTF - 16，而Unix系统使用UTF - 8。需要正确转换编码，例如使用std::ffi::CString和std::ffi::OsString进行转换。

示例代码

上述代码段完整展示了从定义C接口、编译动态链接库到在Rust中加载并调用该接口函数的跨平台示例。