Paxon Qiao's Tech Blog

Rust FFI 入门：extern、ABI 与底层符号链接解析

· 6min · Paxon Qiao
Table of Contents

Rust FFI 入门：extern、ABI 与底层符号链接解析

Rust 以内存安全著称，但有时我们需要打破边界，与 C/C++ 等外部代码交互，或者直接进行底层操作，这就是 外部函数接口（FFI） 的用武之地。作为一篇入门指南，我们将通过一个精简的 Rust 代码示例，聚焦于 FFI 的三大基石：extern 块、调用约定（ABI） 和符号链接。学习如何使用它们，是您迈向 Rust 高级系统编程的关键第一步。

Rust FFI 是连接底层世界的桥梁。本文从入门角度出发，详细解析 extern 块、ABI 调用约定、#[no_mangle] 符号导出 和 #[link_name] 别名这四大核心概念，通过实战代码，帮助你掌握 Rust FFI 的底层符号链接机制。

实操：Rust 内部的符号链接机制

Rust FFI 核心代码

// Rust is highly capable of sharing FFI interfaces with C/C++ and other statically compiled
// languages, and it can even link within the code itself! It makes it through the extern
// block, just like the code below.
//
// The short string after the `extern` keyword indicates which ABI the externally imported
// function would follow. In this exercise, "Rust" is used, while other variants exists like
// "C" for standard C ABI, "stdcall" for the Windows ABI.
//
// The externally imported functions are declared in the extern blocks, with a semicolon to
// mark the end of signature instead of curly braces. Some attributes can be applied to those
// function declarations to modify the linking behavior, such as #[link_name = ".."] to
// modify the actual symbol names.
//
// If you want to export your symbol to the linking environment, the `extern` keyword can
// also be marked before a function definition with the same ABI string note. The default ABI
// for Rust functions is literally "Rust", so if you want to link against pure Rust functions,
// the whole extern term can be omitted.
//
// Rust mangles symbols by default, just like C++ does. To suppress this behavior and make
// those functions addressable by name, the attribute #[no_mangle] can be applied.

extern "Rust" {
    fn my_demo_function(a: u32) -> u32;
    #[link_name = "my_demo_function"]
    fn my_demo_function_alias(a: u32) -> u32;
}

mod Foo {
    // No `extern` equals `extern "Rust"`.
    #[no_mangle]
    fn my_demo_function(a: u32) -> u32 {
        a
    }
}

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;

    #[test]
    fn test_success() {
        // The externally imported functions are UNSAFE by default
        // because of untrusted source of other languages. You may
        // wrap them in safe Rust APIs to ease the burden of callers.
        //
        // SAFETY: We know those functions are aliases of a safe
        // Rust function.
        unsafe {
            my_demo_function(123);
            my_demo_function_alias(456);
        }
    }
}

这段 Rust 代码详细展示了 外部函数接口（FFI） 在 Rust 内部的运用，主要围绕如何使用 extern 块进行函数声明和符号链接。

核心机制和作用：

这段代码通过使用 extern "Rust" { ... } 块来**导入（或声明）**函数签名，尽管这些函数的实际定义 (my_demo_function) 存在于代码的另一个模块 Foo 内部。这种模式通常用于与其他语言（如 C/C++）或动态库进行交互，但在本例中，它被用于演示 Rust 内部的符号链接机制。

  1. extern 块与 ABI： extern "Rust" { ... } 定义了一个外部块，其中 "Rust" 指定了调用约定（ABI）。这意味着被声明的函数将遵循 Rust 编译器默认的调用规则。其他常见的 ABI 包括 "C"（标准 C 语言 ABI）或 "stdcall"（Windows ABI）。
  2. 符号导出与 #[no_mangle]： 在 Foo 模块内部定义的函数 my_demo_function 前使用了 #[no_mangle] 属性。通常，Rust 会像 C++ 一样对函数名进行符号重整（Name Mangling），使其在二进制文件中难以直接通过名称查找。#[no_mangle] 阻止了这一行为，确保了函数在链接环境中有一个干净、可预测的名称 (my_demo_function)。
  3. 符号别名与 #[link_name]： 在 extern 块中，my_demo_function_alias 明确使用了 #[link_name = "my_demo_function"] 属性。这告诉链接器，尽管函数在 Rust 代码中被命名为 my_demo_function_alias，但它应该链接到外部环境中名为 my_demo_function 的实际符号上。
  4. 不安全调用： 任何在 extern 块中声明的函数，无论是链接到 C 代码还是像本例中链接到 Rust 代码，默认都被视为不安全（unsafe）。这是因为编译器无法验证外部函数是否满足 Rust 的内存安全和并发安全规则。因此，在测试用例中，对 my_demo_function 及其别名的调用必须被包裹在 unsafe { ... } 块内，以此作为程序员对内存安全的承诺。

总之，这段代码是理解 Rust FFI 和链接机制的基础示例，展示了如何使用 extern、#[no_mangle] 和 #[link_name] 来控制函数符号的导入和导出，从而实现跨语言或跨模块的低级别通信。

总结

这段代码是理解 Rust FFI 和符号链接机制的绝佳示例。它展示了三个核心要素：通过 extern 确定调用约定（ABI），通过 #[no_mangle] 导出清晰的函数符号，以及通过 #[link_name] 创建符号别名。

掌握这些属性，意味着您获得了在 Rust 安全框架下，与底层内存和外部代码进行高性能、低级别通信的能力。但请务必记住，任何 FFI 调用都是对内存安全的主动接管，必须严格履行安全契约。

参考