pointers - 如何将 Rust 结构的引用/指针传递给 C ffi 接口?
问题描述
我想要做什么
我已经构建了一个 Rust 接口,我想通过 C(或 C# 但就问题而言并不重要)与之交互。因为似乎不可能让 CI 可以访问 Rust结构,所以我试图构建一些我可以调用的包装函数,这些函数将在 Rust 中创建结构,调用结构的函数并最终手动从内存中释放结构。
为了做到这一点,我想我会将指向我在init
函数中创建的 Struct 实例的指针传递回 C(或 C# 并将其临时存储为IntPtr
)。然后,当我调用其他函数时,我会再次将指针传递给 Rust,取消引用它并调用取消引用的 Struct 上的适当函数,在此过程中对其进行变异。
我知道我将不得不使用不安全的代码来执行此操作,我对此很好。我可能还应该指出,我对 Rust 中的生命周期管理知之甚少,而且很可能,我试图做的事情是不可能的,因为在某处很容易产生松散的指针。在那种情况下,我想知道我需要如何调整我的方法,因为我认为我不是第一个试图在 Rust 中从 C中改变某种状态的人。
我首先尝试的
所以首先我确保输出正确的库并向其中添加我的本机函数。在Cargo.toml 中,我将 lib 类型设置为:
[lib]
crate-type = ["cdylib"]
然后我创建了一些函数来与结构交互并像这样公开它们:
#[no_mangle]
pub extern fn init() -> *mut MyStruct {
let mut struct_instance = MyStruct::default();
struct_instance.init();
let raw_pointer_mut = &mut struct_instance as *mut MyStruct;
return raw_pointer_mut;
}
#[no_mangle]
pub extern fn add_item(struct_instance_ref: *mut MyStruct) {
unsafe {
let struct_instance = &mut *struct_instance_ref;
struct_instance.add_item();
}
}
正如您在init
函数中看到的那样,我正在创建结构,然后返回(可变)指针。
然后我在add_item
函数中获取指针并使用它。
现在我尝试测试这个实现,因为我对指针仍然有效有一些疑问。在另一个 Rust 模块中,我加载了 .dll 和 .lib 文件(我在 Windows 上,但这对于这个问题应该无关紧要),然后相应地调用函数,如下所示:
fn main() {
unsafe {
let struct_pointer = init();
add_item(struct_pointer);
println!("The pointer adress: {:?}", struct_pointer);
}
}
#[link(name = "my_library.dll")]
extern {
fn init() -> *mut u32;
fn add_item(struct_ref: *mut u32);
}
发生了什么:我确实得到了一些内存地址输出并且(因为我实际上是在实际实现中创建一个文件)我还可以看到函数按计划执行。然而,Struct 的字段似乎没有发生突变。add_item
它们基本上都是空的,在我调用函数之后它们不应该是空的(在我调用函数之后也不应该init
)。
之后我尝试了什么
我在 Rust 中阅读了一些关于生命周期管理的内容,因此尝试使用这样的方法在堆上分配 Struct:Box
#[no_mangle]
pub extern fn init() -> *mut Box<MyStruct> {
let mut struct_instance = MyStruct::default();
struct_instance.init();
let raw_pointer_mut = &mut Box::new(struct_instance) as *mut Box<MyStruct>;
return raw_pointer_mut;
}
#[no_mangle]
pub extern fn add_box(struct_instance_ref: *mut Box<MyStruct>) {
unsafe {
let struct_instance = &mut *struct_instance_ref;
struct_instance.add_box();
}
}
不幸的是,结果与上述相同。
附加信息
我认为最好也包括Struct
原则上是如何组成的:
#[derive(Default)]
#[repr(C)]
pub struct MyStruct{
// Some fields...
}
impl MyStruct{
/// Initializes a new struct.
pub fn init(&mut self) {
self.some_field = whatever;
}
/// Adds an item to the struct.
pub fn add_item(
&mut self,
maybe_more_data: of_type // Obviously the call in the external function would need to be adjusted to accomodate for that...
){
some_other_function(self); // Calls another function in Rust, that will take the struct instance as an argument and mutate it.
}
}
解决方案
Rust 有很强的所有权概念。问问自己:谁拥有MyStruct
实例?它是struct_instance
变量,其生命周期是init()
函数的范围。所以在init()
返回之后,实例被丢弃并返回一个无效的指针。
在堆上分配MyStruct
将是解决方案,但不是以您尝试的方式:实例被移动到堆,但随后Box
包装器绑定到相同的有问题的生命周期,因此它破坏了堆分配的对象。
一个解决方案是Box::into_raw
在盒子被丢弃之前将堆分配的值从盒子中取出:
#[no_mangle]
pub extern fn init() -> *mut MyStruct {
let mut struct_instance = MyStruct::default();
struct_instance.init();
let box = Box::i(struct_instance);
Box::into_raw(box)
}
要稍后销毁该值,请使用Box::from_raw
创建一个Box
拥有它的新值,然后让该框在超出范围时释放其包含的值:
#[no_mangle]
pub extern fn destroy(struct_instance: *mut MyStruct) {
unsafe { Box::from_raw(struct_instance); }
}
这似乎是一个常见问题,因此可能有更惯用的解决方案。希望有经验的大侠指点一下。
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