在PHP程序中使用Rust扩展的方法

2020-03-22 17:28:22

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供稿：网友

C或PHP中的Rust我的基本出发点就是写一些可以编译的Rust代码到一个库里面，并写为它一些C的头文件，在C中为被调用的PHP做一个拓展。虽然并不是很简单，但是很有趣。
Rust FFI（foreign function interface）我所做的第一件事情就是摆弄Rust与C连接的Rust的外部函数接口。我曾用简单的方法（hello_from_rust）写过一个灵活的库，伴有单一的声明（a pointer to a C char, otherwise known as a string），如下是输入后输出的“Hello from Rust”。

// hello_from_rust.rs#![crate_type = "html' target='_blank'>staticlib"]#![feature(libc)]extern crate libc;use std::ffi::CStr;#[no_mangle]pub extern "C" fn hello_from_rust(name: *const libc::c_char) { let buf_name = unsafe { CStr::from_ptr(name).to_bytes() }; let str_name = String::from_utf8(buf_name.to_vec()).unwrap(); let c_name = format!("Hello from Rust, {}", str_name); println!("{}", c_name);我从C（或其它！）中调用的Rust库拆分它。这有一个接下来会怎样的很好的解释。编译它会得到.a的一个文件，libhello_from_rust.a。这是一个静态的库，包含它自己所有的依赖关系，而且我们在编译一个C程序的时候链接它，这让我们能做后续的事情。注意：在我们编译后会得到如下输出：

note: link against the following native artifacts when linking against this static librarynote: the order and any duplication can be significant on some platforms, and so may need to be preservednote: library: Systemnote: library: pthreadnote: library: cnote: library: m这就是Rust编译器在我们不使用这个依赖的时候所告诉我们需要链接什么。从C中调用Rust既然我们有了一个库，不得不做两件事来保证它从C中可调用。首先，我们需要为它创建一个C的头文件，hello_from_rust.h。然后在我们编译的时候链接到它。下面是头文件：

// hello_from_rust.h#ifndef __HELLO#define __HELLOvoid hello_from_rust(const char *name);#endif这是一个相当基础的头文件，仅仅为了一个简单的函数提供签名/定义。接着我们需要写一个C程序并使用它。

// hello.c#include stdio.h #include stdlib.h #include "hello_from_rust.h"int main(int argc, char *argv[]) { hello_from_rust("Jared!");我们通过运行一下代码来编译它：

gcc -Wall -o hello_c hello.c -L /Users/jmcfarland/code/rust/php-hello-rust -lhello_from_rust -lSystem -lpthread -lc -lm注意在末尾的-lSystem -lpthread -lc -lm告诉gcc不要链接那些“本地的古董”，为了当编译我们的Rust库时Rust编译器可以提供出来。经运行下面的代码我们可以得到一个二进制的文件：

$ ./hello_cHello from Rust, Jared!漂亮！我们刚才从C中调用了Rust库。现在我们需要理解Rust库是如何进入一个PHP扩展的。
从 php 中调用 c该部分花了我一些时间来弄明白，在这个世界上，该文档在 php 扩展中并不是最好的。最好的部分是来自绑定一个脚本 ext_skel 的 php 源（大多数代表“扩展骨架”）即生成大多数你需要的样板代码。你可以通过下载来开始，和未配额的 php 源，把代码写进 php 目录并且运行： $ cd ext/$ ./ext_skel --extname=hello_from_rust 这将生成需要创建 php 扩展的基本骨架。现在，移动你处处想局部地保持你的扩展的文件夹。并且移动你的 .rust 源 .rust库 .c header进入同一个目录。因此，现在你应该看看像这样的一个目录：├── CREDITS├── EXPERIMENTAL├── config.m4├── config.w32├── hello_from_rust.c├── hello_from_rust.h├── hello_from_rust.php├── hello_from_rust.rs├── libhello_from_rust.a├── php_hello_from_rust.h└── tests └── 001.phpt一个目录，11个文件你可以在 php docs 在上面看到关于这些文件很好的描述。建立一个扩展的文件。我们将通过编辑 config.m4 来开始吧。不解释，下面就是我的成果：

PHP_ARG_WITH(hello_from_rust, for hello_from_rust support,[ --with-hello_from_rust Include hello_from_rust support])if test "$PHP_HELLO_FROM_RUST" != "no"; then PHP_SUBST(HELLO_FROM_RUST_SHARED_LIBADD) PHP_ADD_LIBRARY_WITH_PATH(hello_from_rust, ., HELLO_FROM_RUST_SHARED_LIBADD) PHP_NEW_EXTENSION(hello_from_rust, hello_from_rust.c, $ext_shared)正如我所理解的那样，这些是基本的宏命令。但是有关这些宏命令的文档是相当糟糕的（比如：google"PHP_ADD_LIBRARY_WITH_PATH"并没有出现PHP团队所写的结果）。我偶然这个PHP_ADD_LIBRARY_PATH宏命令在有些人所谈论的在一个PHP拓展里链接一个静态库的先前的线程里。在评论中其它的推荐使用的宏命令是在我运行ext_skel后产生的。既然我们进行了配置设置，我们需要从PHP脚本中实际地调用库。为此我们得修改自动生成的文件，hello_from_rust.c。首先我们添加hello_from_rust.h头文件到包含命令中。然后我们要修改confirm_hello_from_rust_compiled的定义方法。

#include "hello_from_rust.h"// a bunch of comments and code removed...PHP_FUNCTION(confirm_hello_from_rust_compiled) char *arg = NULL; int arg_len, len; char *strg; if (zend_parse_parameters(ZEND_NUM_ARGS() TSRMLS_CC, "s", &arg, &arg_len) == FAILURE) { return; hello_from_rust("Jared (from PHP!!)!"); len = spprintf(&strg, 0, "Congratulations! You have successfully modified ext/%.78s/config.m4. Module %.78s is now compiled into PHP.", "hello_from_rust", arg); RETURN_STRINGL(strg, len, 0);注意：我添加了hello_from_rust("Jared (fromPHP!!)!");。
现在，我们可以试着建立我们的扩展：$ phpize$ ./configure$ sudo make install就是它，生成我们的元配置，运行生成的配置命令，然后安装该扩展。安装时，我必须亲自使用sudo，因为我的用户并不拥有安装目录的 php 扩展。现在，我们可以运行它啦！$ php hello_from_rust.phpFunctions available in the test extension:confirm_hello_from_rust_compiledHello from Rust, Jared (from PHP!!)!Congratulations! You have successfully modified ext/hello_from_rust/config.m4. Module hello_from_rust is now compiled into PHP.Segmentation fault: 11还不错，php 已进入我们的 c 扩展，看到我们的应用方法列表并且调用。接着，c 扩展已进入我们的 rust 库，开始打印我们的字符串。那很有趣！但是......那段错误的结局发生了什么？正如我所提到的，这里是使用了 Rust 相关的 println! 宏，但是我没有对它做进一步的调试。如果我们从我们的 Rust 库中删除并返回一个 char* 替代，段错误就会消失。这里是 Rust 的代码：
复制代码代码如下:
#![crate_type = "staticlib"]

#![feature(libc)]
extern crate libc;
use std::ffi::{CStr, CString};

#[no_mangle]
pub extern "C" fn hello_from_rust(name: *const libc::c_char) - *const libc::c_char {
let buf_name = unsafe { CStr::from_ptr(name).to_bytes() };
let str_name = String::from_utf8(buf_name.to_vec()).unwrap();
let c_name = format!("Hello from Rust, {}", str_name);

CString::new(c_name).unwrap().as_ptr()
}并变更 C 头文件：

#ifndef __HELLO#define __HELLOconst char * hello_from_rust(const char *name);#endif还要变更 C 扩展文件：

PHP_FUNCTION(confirm_hello_from_rust_compiled) char *arg = NULL; int arg_len, len; char *strg; if (zend_parse_parameters(ZEND_NUM_ARGS() TSRMLS_CC, "s", &arg, &arg_len) == FAILURE) { return; char *str; str = hello_from_rust("Jared (from PHP!!)!"); printf("%s/n", str); len = spprintf(&strg, 0, "Congratulations! You have successfully modified ext/%.78s/config.m4. Module %.78s is now compiled into PHP.", "hello_from_rust", arg); RETURN_STRINGL(strg, len, 0);无用的微基准那么为什么你还要这样做？我还真的没有在现实世界里使用过这个。但是我真的认为斐波那契序列算法就是一个好的例子来说明一个PHP拓展如何很基本。通常是直截了当（在Ruby中）：

def fib(at) do if (at == 1 || at == 0) return at else return fib(at - 1) + fib(at - 2)而且可以通过不使用递归来改善这不好的性能：

def fib(at) do if (at == 1 || at == 0) return at elsif (val = @cache[at]).present return val total = 1 parent = 1 gp = 1 (1..at).each do |i| total = parent + gp gp = parent parent = total return total那么我们围绕它来写两个例子，一个在PHP中，一个在Rust中。看看哪个更快。下面是PHP版：

def fib(at) do if (at == 1 || at == 0) return at elsif (val = @cache[at]).present return val total = 1 parent = 1 gp = 1 (1..at).each do |i| total = parent + gp gp = parent parent = total return total这是它的运行结果：

$ time php php_fib.phpreal 0m2.046suser 0m1.823ssys 0m0.207s现在我们来做Rust版。下面是库资源：
复制代码代码如下:
#![crate_type = "staticlib"]

fn fib(at: usize) - usize {
if at == 0 {
return 0;
} else if at == 1 {
return 1;
}

let mut total = 1;
let mut parent = 1;
let mut gp = 0;
for _ in 1 .. at {
total = parent + gp;
gp = parent;
parent = total;
}

return total;
}

#[no_mangle]
pub extern "C" fn rust_fib(at: usize) - usize {
fib(at)
}注意，我编译的库rustc - O rust_lib.rs使编译器优化（因为我们是这里的标准）。这里是C扩展源（相关摘录）：

PHP_FUNCTION(confirm_rust_fib_compiled) long number; if (zend_parse_parameters(ZEND_NUM_ARGS() TSRMLS_CC, "l", &number) == FAILURE) { return; RETURN_LONG(rust_fib(number));运行ＰＨＰ脚本：

$br = (php_sapi_name() == "cli") "":" br if(!extension_loaded('rust_fib')) { dl('rust_fib.' . PHP_SHLIB_SUFFIX);for ($i = 0; $i 100000; $i ++) { confirm_rust_fib_compiled(92);这就是它的运行结果：
$ time php rust_fib.phpreal 0m0.586suser 0m0.342ssys 0m0.221s你可以看见它比前者快了三倍！完美的Rust微基准！
PHP教程

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