Rust和C/C++相关调用总结

一.Windows下Rust与C/C++互相调用

1.C/C++调用rust

1.1动态库调用

1.1.1以LoadLibrary方式显示调用

add.rs

#[no_mangle] // 防止 Rust 修改函数名
pub extern "C" fn hello_world() {
    println!("Hello from Rust!");
}

#[no_mangle]
pub extern "C" fn add(a:i32,b:i32) ->i32 {
    a+b
}

编译成动态库，windows下就是dll，同时生成lib文件，只是调用的时候方便一些
rustc --crate-type=dylib add.rs

Mode                 LastWriteTime         Length Name
----                 -------------         ------ ----
-a----        2024/12/28     10:04         871936 add.dll
-a----        2024/12/28     10:04         515792 add.dll.exp
-a----        2024/12/28     10:04         849164 add.dll.lib
-a----        2024/12/28     10:04        3837952 add.pdb
-a----        2024/12/28     10:03            188 add.rs
-a----        2024/12/28     10:01           1026 msvc_add.cpp
-a----        2024/12/28     10:02            310 msvc_add2.cpp

msvc_add.cpp（以LoadLibrary方式调用，不需要lib文件进行构建）

#include <iostream>
#include <windows.h>

typedef int (*AddFunction)(int, int);  // 定义函数指针类型
typedef void (*HelloWorldFunction)();  // 定义函数指针类型

int main() {
    // 加载 DLL
    HMODULE hModule = LoadLibrary("add.dll");
    if (hModule == NULL) {
        std::cerr << "Failed to load DLL!" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 获取函数地址
    AddFunction add = (AddFunction)GetProcAddress(hModule, "add");
    HelloWorldFunction hello_world = (HelloWorldFunction)GetProcAddress(hModule, "hello_world");

    // 检查函数地址是否有效
    if (add == NULL || hello_world == NULL) {
        std::cerr << "Failed to get function address!" << std::endl;
        FreeLibrary(hModule);
        return 1;
    }
    // 调用 add 函数
    int result = add(10, 20);
    std::cout << "Result of add: " << result << std::endl;

    // 调用 hello_world 函数
    hello_world();

    // 卸载 DLL
    FreeLibrary(hModule);
    return 0;
}

编译链接是很简单的。
cl msvc_add.cpp
/out:msvc_add.exe
msvc_add.obj
就直接生成了exe文件，可以直接执行
D:\code\leetcode\ffi>msvc_add.exe
Result of add: 30
Hello from Rust!
可见，动态调用dll正常

注：
1.使用cl命令需要在visual studio的prompt里面，也就是从下图中启动一个cmd窗口
2.这里仅作为学习测试使用，换台设备，也许需要处理cpp里面的宽字符串的问题

1.1.2 msvc_add2.cpp 隐式调用（需要lib文件进行构建）

#include <iostream>
// 声明 add 函数的类型
extern "C" int add(int a, int b);
extern "C" void hello_world();
int main() {
    // 调用 Rust 中的 add 函数
    int result = add(10, 20);
    std::cout << "Result of add(10, 20): " << result << std::endl;
    hello_world();
    return 0;
}

编译链接执行

cl msvc_add2.cpp add.dll.lib
/out:msvc_add2.exe
msvc_add2.obj
add.dll.lib
生成的exe也是可以直接执行的
D:\code\leetcode\ffi\a>msvc_add2.exe
Result of add(10, 20): 30
Hello from Rust!

当然了，以上本质上都是在exe执行时动态加载dll，也就是dll需要在exe可以加载到的地方，只不过下面的调用方式更加友好。

1.2 静态库调用

下面来试一下rs生成一个静态库，完全以静态的方式生成

重新创建一个新的文件夹，把add.rs以及msvc_add2.cpp复制进去

rustc --crate-type=staticlib add.rs
PS D:\code\leetcode\ffi\a> ls
Mode                 LastWriteTime         Length Name
----                 -------------         ------ ----
-a----        2024/12/28     10:26       13421554 add.lib
-a----        2024/12/28     10:03            188 add.rs
-a----        2024/12/28     10:02            310 msvc_add2.cpp
只生成了一个add.lib 并且体积比之前的dll大很多，忽略这个问题，这不是目前需要关注的点

然后编译链接cpp端

cl /c /EHsc msvc_add2.cpp /link add.lib
然后就是错麻了。（不知道为什么，下午使用重新操作的时候就没有报错了，但是只是生成了obj，什么也没有提示，就这样。当然，要生成exe，还是需要下面的命令，链接一些系统库）
D:\code\leetcode\ffi\a>cl /c /EHsc msvc_add2.cpp /link add.lib
用于 x64 的 Microsoft (R) C/C++ 优化编译器 19.41.34120 版
版权所有(C) Microsoft Corporation。保留所有权利。

msvc_add2.cpp
msvc_add2.cpp(1): warning C4819: 该文件包含不能在当前代码页(936)中表示的字符。请将该文件保存为 Unicode 格式以防止数据丢 失

以下的内容是上午实验出现的错误
...
add.lib(std-c09b6dac30a2ec7e.std.ee6e9694672c5e9f-cgu.0.rcgu.o) : error LNK2019: 无法解析的外部符号 __imp_connect，函数 _ZN3std3sys3pal7windows3net6Socket7connect17hb28ff0696137b3ffE 中引用了该符号
add.lib(std-c09b6dac30a2ec7e.std.ee6e9694672c5e9f-cgu.0.rcgu.o) : error LNK2019: 无法解析的外部符号 __imp_select，函数 _ZN3std3sys3pal7windows3net6Socket15connect_timeout17h8b53b1a97c7255d1E 中引用了该符号
add.lib(std-c09b6dac30a2ec7e.std.ee6e9694672c5e9f-cgu.0.rcgu.o) : error LNK2019: 无法解析的外部符号 __imp_recvfrom，函数 _ZN3std3sys3pal7windows3net6Socket20recv_from_with_flags17h2837dff830ece405E 中引用了该符号
add.lib(std-c09b6dac30a2ec7e.std.ee6e9694672c5e9f-cgu.0.rcgu.o) : error LNK2019: 无法解析的外部符号 __imp_bind，函数 _ZN3std10sys_common3net11TcpListener4bind17h5a713b6feaaa40bbE 中引用了该符号
add.lib(std-c09b6dac30a2ec7e.std.ee6e9694672c5e9f-cgu.0.rcgu.o) : error LNK2019: 无法解析的外部符号 __imp_listen，函数 _ZN3std10sys_common3net11TcpListener4bind17h5a713b6feaaa40bbE 中引用了该符号
add.lib(std-c09b6dac30a2ec7e.std.ee6e9694672c5e9f-cgu.0.rcgu.o) : error LNK2019: 无法解析的外部符号 __imp_getsockname， 函数 _ZN3std10sys_common3net11TcpListener11socket_addr17h16b279c66391dd42E 中引用了该符号
add.lib(std-c09b6dac30a2ec7e.std.ee6e9694672c5e9f-cgu.0.rcgu.o) : error LNK2019: 无法解析的外部符号 __imp_sendto，函数 _ZN3std10sys_common3net9UdpSocket7send_to17hab2f79caf944e057E 中引用了该符号
msvc_add2.exe : fatal error LNK1120: 30 个无法解析的外部命令
...
现在知道为什么这么大了嘛，因为rustc编译的时候包含了很多不需要的玩意儿，暂且不考虑优化编译时的东西，现在希望能跑通这个过程。

缺少链接一些系统库，直接链接上就好了。
cl /EHsc msvc_add2.cpp /link add.lib Ws2_32.lib Kernel32.lib Advapi32.lib ntdll.lib userenv.lib

D:\code\leetcode\ffi\a>cl /EHsc msvc_add2.cpp /link add.lib Ws2_32.lib Kernel32.lib Advapi32.lib ntdll.lib userenv.lib
用于 x64 的 Microsoft (R) C/C++ 优化编译器 19.41.34120 版
版权所有(C) Microsoft Corporation。保留所有权利。

msvc_add2.cpp
D:\code\leetcode\ffi\a\add.h(1): warning C4819: 该文件包含不能在当前代码页(936)中表示的字符。请将该文件保存为 Unicode 格式以防止数据丢失
Microsoft (R) Incremental Linker Version 14.41.34120.0
Copyright (C) Microsoft Corporation.  All rights reserved.

/out:msvc_add2.exe
add.lib
Ws2_32.lib
Kernel32.lib
Advapi32.lib
ntdll.lib
userenv.lib
msvc_add2.obj

D:\code\leetcode\ffi\a>msvc_add2.exe
Result of add(10, 20): 30
Hello from Rust!
这次编译出来的exe，可以随便移动到其他地方，不需要lib文件了。

下面讨论windows下的mingw调用（fail to do it,just ignore.）

PS D:\code\leetcode\ffi\c> rustc --crate-type=dylib add.rs  --target=x86_64-pc-windows-gnu
error[E0463]: can't find crate for `std`
  |
  = note: the `x86_64-pc-windows-gnu` target may not be installed
  = help: consider downloading the target with `rustup target add x86_64-pc-windows-gnu`
  = help: consider building the standard library from source with `cargo build -Zbuild-std`
  
安装这个倒是不麻烦，但是我已经安装了dev-cpp的mingw，好像有点冲突，所有这些操作都不顺利。但其实过程都是一样的，因为rustc或者cargo编译的时候可以指定target为gnu库可用的二进制

2.下面讨论msvc生成动态库给rust调用

2.1以动态库的形式调用

add.cpp

#include<stdio.h>
extern "C" {
    __declspec(dllexport) int add(int a, int b) {
    return a + b;
}
    __declspec(dllexport) void hello_world() {
        printf("hello world!\n");
    }
}

以extern "C" 包裹，可以让名称不会发生变化
D:\code\leetcode\ffi\ctor>cl /LD add.cpp
用于 x64 的 Microsoft (R) C/C++ 优化编译器 19.41.34120 版
版权所有(C) Microsoft Corporation。保留所有权利。

add.cpp
Microsoft (R) Incremental Linker Version 14.41.34120.0
Copyright (C) Microsoft Corporation.  All rights reserved.

/out:add.dll
/dll
/implib:add.lib
add.obj
  正在创建库 add.lib 和对象 add.exp
 ls
add.cpp add.dll add.exp add.lib add.obj
生成的dll和lib需要用到

rust调用这样的库文件，貌似单独的rs文件不行？或许是可以吧，不过需要手动管理依赖，很麻烦（just ignore it!）

这里暂且使用cargo项目，需要把刚才的add.dll和add.lib复制到项目根目录下。

cargo new ctor
PS D:\code\leetcode\ffi\ctor\ctor> ls
    目录: D:\code\leetcode\ffi\ctor\ctor
Mode                 LastWriteTime         Length Name
----                 -------------         ------ ----
d-----        2024/12/28     12:11                src
-a----        2024/12/28     12:15         133632 add.dll
-a----        2024/12/28     12:15           1804 add.lib
-a----        2024/12/28     12:13            366 Cargo.lock
-a----        2024/12/28     12:13             87 Cargo.toml

修改cargo.toml
[package]
name = "ctor"
version = "0.1.0"
edition = "2024"

[dependencies]
libc = "0.2"
主要是引入这个依赖
然后是修改main.rs
// main.rs
extern crate libc;
use libc::c_int;

#[link(name = "add", kind = "dylib")] // 指定库名为 add.dll
unsafe extern {
    fn add(a: c_int, b: c_int) -> c_int;
    fn hello_world();
}

fn main() {
    unsafe {
        let result = add(10, 20);
        println!("The result is: {}", result);
        hello_world();
    }
}

一切顺利的话，cargo run.我这里是已经构建过，crate都下载好了
PS D:\code\leetcode\ffi\ctor\ctor> cargo run
   Compiling ctor v0.1.0 (D:\code\leetcode\ffi\ctor\ctor)
    Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.19s
     Running `D:\cargo\debug\ctor.exe`
The result is: 30
hello world!
当然了，生成的exe，在执行的时候，还是需要dll在可以加载的地方。

2.2以静态库的形式调用

再来看一下rust如何静态调用呢，也就是调用个静态库，生成的exe不依赖对应的库

如何生成msvc格式的静态库，可以看微软官方的资料，里面有详细解释

https://learn.microsoft.com/zh-cn/cpp/build/walkthrough-creating-and-using-a-static-library-cpp?view=msvc-170
cl /c add.cpp
lib add.obj
也就是编译和链接要分成两步操作

创建一个空白文件夹，复制add.cpp进去，保持环境的整洁，以免混乱。

D:\code\leetcode\ffi\ctor\a>cl /c add.cpp
用于 x64 的 Microsoft (R) C/C++ 优化编译器 19.41.34120 版
版权所有(C) Microsoft Corporation。保留所有权利。
add.cpp
Mode                 LastWriteTime         Length Name
----                 -------------         ------ ----
-a----        2024/12/28     12:15            211 add.cpp
-a----        2024/12/28     12:28           2616 add.obj

D:\code\leetcode\ffi\ctor\a>lib add.obj
Microsoft (R) Library Manager Version 14.41.34120.0
Copyright (C) Microsoft Corporation.  All rights reserved.

PS D:\code\leetcode\ffi\ctor\a> ls
    目录: D:\code\leetcode\ffi\ctor\a

Mode                 LastWriteTime         Length Name
----                 -------------         ------ ----
-a----        2024/12/28     12:15            211 add.cpp
-a----        2024/12/28     12:30           3100 add.lib
-a----        2024/12/28     12:28           2616 add.obj

然后呢，cargo新建一个项目吧

cargo new libtest

大体的操作和上面差不多，只是这次把上面使用lib命令生成的add.lib复制到根目录，修改cargo.toml，再修改main.rs

// main.rs
extern crate libc;

use libc::c_int;

#[link(name = "add", kind = "static")] 
unsafe extern {
    fn add(a: c_int, b: c_int) -> c_int;
    fn hello_world();
}

fn main() {
    unsafe {
        let result = add(10, 20);
        println!("The result is: {}", result);
        hello_world();
    }
}

cargo build --release 或者cargo run。这次，生成的exe文件，复制到哪里，都可以正常运行了，而无需依赖dll或者lib

二：Linux下C/C++与rust的互相调用

1.还是先看rust调用C/C++

安装rust

curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh
source $HOME/.cargo/env
rustc --version
安装成功
直接cargo新建一个项目r
root@ubuntu:~/libtest/ctor/r# tree
.
├── Cargo.toml
├── add.cpp
└── src
    └── main.rs

2 directories, 3 files
root@ubuntu:~/libtest/ctor/r#

1.1动态调用

注：Cargo.toml,main.rs和上面的rust动态调用，静态调用分别对应，没有变化，这里就不再贴了，下面也是

add.cpp

// add.cpp
#include<stdio.h>
extern "C" {
     int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

     void hello_world() {
        printf("hello world!\n");
    }
}
//不需要windows下那些修饰了

g++ -fPIC -shared -o libadd.so add.cpp

编译链接成动态库

root@ubuntu:~/libtest/ctor/r# ls
Cargo.toml  add.cpp  libadd.so src
Linux下加载库就需要麻烦一些了

首先提示
ie" "-Wl,-z,relro,-z,now" "-nodefaultlibs"
  = note: /usr/bin/ld: cannot find -ladd: No such file or directory
          collect2: error: ld returned 1 exit status
error: could not compile `r1` (bin "r1") due to 1 previous error
这个问题，添加build.rs可以解决，          
随后提示
root@ubuntu:~/libtest/ctor/r# cargo run
    Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.01s
     Running `target/debug/r`
target/debug/r: error while loading shared libraries: libadd.so: cannot open shared object file: No such file or directory

build.rs

fn main() {
    // 指定库的路径
   // println!("cargo:rustc-link-lib=add");
    println!(r"cargo:rustc-link-search=native=/root/libtest/ctor/r");
}

添加build.rs以后，可以正常生成可执行文件了，错误只是因为执行的时候找不到加载的库文件，复制库到可执行文件目录下也没用，直接设置一个环境变量就好了

export LD_LIBRARY_PATH=.:$LD_LIBRARY_PATH

root@ubuntu:~/libtest/ctor/r# pwd
/root/libtest/ctor/r
root@ubuntu:~/libtest/ctor/r# ls
Cargo.lock  Cargo.toml  add.cpp  build.rs  libadd.so  src  target
root@ubuntu:~/libtest/ctor/r# cargo run
    Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.01s
     Running `target/debug/r`
The result is: 30
hello world!
root@ubuntu:~/libtest/ctor/r#cargo build --release

新开一个窗口进入release，还是需要设置一下那个环境变量

root@ubuntu:~/libtest/ctor/r/target/release# cp /root/libtest/ctor/r/libadd.so ./
root@ubuntu:~/libtest/ctor/r/target/release# ls
build  deps  examples  incremental  libadd.so  r  r.d
root@ubuntu:~/libtest/ctor/r/target/release# ./r
./r: error while loading shared libraries: libadd.so: cannot open shared object file: No such file or directory
root@ubuntu:~/libtest/ctor/r/target/release# export LD_LIBRARY_PATH=.:$LD_LIBRARY_PATH
root@ubuntu:~/libtest/ctor/r/target/release# ./r
The result is: 30
hello world!
root@ubuntu:~/libtest/ctor/r/target/release# 

1.2静态调用，静态编译

root@ubuntu:~/libtest/ctor/r1# g++ -c add.cpp -o add.o
root@ubuntu:~/libtest/ctor/r1# ar rcs libadd.a add.o
root@ubuntu:~/libtest/ctor/r1# ls
Cargo.toml  add.cpp  add.o  libadd.a  src
没有build.rs，直接cargo run试试
ie" "-Wl,-z,relro,-z,now" "-nodefaultlibs"
  = note: /usr/bin/ld: cannot find -ladd: No such file or directory
          collect2: error: ld returned 1 exit status
error: could not compile `r1` (bin "r1") due to 1 previous error
还是和之前一样的错误，
vim build.rs
fn main() {
    // 指定库的路径
   // println!("cargo:rustc-link-lib=add");
    println!(r"cargo:rustc-link-search=native=/root/libtest/ctor/r1");
}
然后cargo run 
cargo build --release
都是可以正常生成的，不需要设置LD_LIBRARY_PATH
为了测试，新开一个窗口，没有设置任何环境变量。
root@ubuntu:~/libtest/ctor/r1/target/release# pwd
/root/libtest/ctor/r1/target/release
root@ubuntu:~/libtest/ctor/r1/target/release# ls
build  deps  examples  incremental  r1  r1.d
root@ubuntu:~/libtest/ctor/r1/target/release# ./r1
The result is: 30
hello world!

2.接下来是C/C++调用Rust库

add.rs和之前的一样，main.cpp其实和windows下也是没有区别的，区别的地方就在于g++命令是链接动态还是静态库

2.1动态库的使用

root@ubuntu:~/libtest/rtoc/c# pwd
/root/libtest/rtoc/c
root@ubuntu:~/libtest/rtoc/c# ls
add.rs  main.cpp
接下来，进行编译链接的部分
root@ubuntu:~/libtest/rtoc/c# rustc --crate-type=dylib add.rs
root@ubuntu:~/libtest/rtoc/c# ls
add.rs  libadd.so  main.cpp
root@ubuntu:~/libtest/rtoc/c# g++ main.cpp -L./ -ladd -o main -Wl,-rpath=./
root@ubuntu:~/libtest/rtoc/c# ls
add.rs  libadd.so  main  main.cpp
root@ubuntu:~/libtest/rtoc/c# ./main
Hello from Rust!
The result of adding 3 and 5 is: 8
root@ubuntu:~/libtest/rtoc/c# cp ./main /root/libtest/
root@ubuntu:~/libtest/rtoc/c# cp libadd.so /root/libtest/
root@ubuntu:~/libtest/rtoc/c# 复制库和可执行文件到同意目录，都可以正常执行

root@ubuntu:~/libtest# pwd
/root/libtest
root@ubuntu:~/libtest# ls
ctor  libadd.so  main  rtoc
root@ubuntu:~/libtest# ./main
Hello from Rust!
The result of adding 3 and 5 is: 8
确实是可以正常调用的，只要动态库和可执行文件再相同目录下

2.2现在试一下静态库

其实整个过程，代码都是一样的，只是生成库和生成可执行文件的命令不同

root@ubuntu:~/libtest/rtoc/c1# pwd
/root/libtest/rtoc/c1
root@ubuntu:~/libtest/rtoc/c1# ls
add.rs  main.cpp
root@ubuntu:~/libtest/rtoc/c1# rustc --crate-type=staticlib add.rs

root@ubuntu:~/libtest/rtoc/c1# ls
add.rs  libadd.a  main.cpp
root@ubuntu:~/libtest/rtoc/c1# g++ main.cpp ./libadd.a -o c1
root@ubuntu:~/libtest/rtoc/c1# ls
add.rs  c1  libadd.a  main.cpp
root@ubuntu:~/libtest/rtoc/c1# ./c1
Hello from Rust!
The result of adding 3 and 5 is: 8

root@ubuntu:~/libtest/rtoc/c1# cp c1 /root/libtest/
root@ubuntu:~/libtest/rtoc/c1# /root/libtest/c1
Hello from Rust!
The result of adding 3 and 5 is: 8
root@ubuntu:~/libtest/rtoc/c1#

注：当然是可以使用cargo项目直接把rust代码生成动态，静态库的。

Cargo.toml

cargo new add --lib

[package]
name = "add"
version = "0.1.0"
edition = "2021"

[dependencies]

[lib]
name = "add"
crate-type = ["staticlib", "cdylib"]

至于lib.rs，和之前的add.rs是一致的

D:\code\leetcode\ffi\d\add>cargo build --release
   Compiling add v0.1.0 (D:\code\leetcode\ffi\d\add)
    Finished `release` profile [optimized] target(s) in 0.36s

如果把cargo.toml里面的edition改成2024，就会出现下面的报错
D:\code\leetcode\ffi\d\add>cargo build --release
   Compiling add v0.1.0 (D:\code\leetcode\ffi\d\add)
error: unsafe attribute used without unsafe
 --> src\lib.rs:1:3
  |
1 | #[no_mangle] // 防止 Rust 修改函数名
  |   ^^^^^^^^^ usage of unsafe attribute
  |
help: wrap the attribute in `unsafe(...)`
  |
1 | #[unsafe(no_mangle)] // 防止 Rust 修改函数名
  |   +++++++         +

error: unsafe attribute used without unsafe
 --> src\lib.rs:6:3
  |
6 | #[no_mangle]
  |   ^^^^^^^^^ usage of unsafe attribute
  |
help: wrap the attribute in `unsafe(...)`
  |
6 | #[unsafe(no_mangle)]
  |   +++++++         +

error: could not compile `add` (lib) due to 2 previous errors

至于其他的调用方式，下次再看了