在PHP程序中使用Rust扩展的方法
投稿：goldensun
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 = "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 library note: the order and any duplication can be significant on some platforms, and so may need to be preserved note: library: Systemnote: library: pthread note: library: c note: 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 __HELLO void 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_c Hello 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) fi
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.php Functions available in the test extension: confirm_hello_from_rust_compiled Hello 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：
#![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 __HELLO const 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) end end
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 end total = 1 parent = 1 gp = 1 (1..at).each do |i| total = parent + gp gp = parent parent = total end return total end
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 end total = 1 parent = 1 gp = 1 (1..at).each do |i| total = parent + gp gp = parent parent = total end return total end
这是它的运行结果：
$ time php php_fib.php real 0m2.046s user 0m1.823s sys 0m0.207s
现在我们来做Rust版。下面是库资源：
#![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：
<?php
$br = (php_sapi_name() == "cli")? "":"<br>";
if(!extension_loaded('rust_fib')) {
dl('rust_fib.' . PHP_SHLIB_SUFFIX);
}
for ($i = 0; $i < 100000; $i ++) {
confirm_rust_fib_compiled(92);
}
?>
这就是它的运行结果：
$ time php rust_fib.php real 0m0.586s user 0m0.342s sys 0m0.221s
你可以看见它比前者快了三倍！完美的Rust微基准！