Rust FFI 将 trait 对象作为上下文来调用回调

Question

好的，我正在努力实现以下目标：

1. C 调用 rust
2. rust 回调到 c 并在用户定义的 trait 对象上注册回调
3. c 在上下文中调用 rust
4. rust 在上下文（特征对象）上调用回调

我一直在玩它。我已经走了很远，但还没有到达那里。

C位：

#include <dlfcn.h>
#include <stdio.h>

void *global_ctx;

void c_function(void* ctx) {
    printf("Called c_function\n");
    global_ctx = ctx;
}

int main(void) {
    void *thing = dlopen("thing/target/debug/libthing.dylib", RTLD_NOW | RTLD_GLOBAL);
    if (!thing) {
        printf("error: %s\n", dlerror());
        return 1;
    }
    void (*rust_function)(void) = dlsym(thing, "rust_function");
    void (*rust_cb)(void*) = dlsym(thing, "rust_cb");
    printf("rust_function = %p\n", rust_function);
    rust_function();

    rust_cb(global_ctx);
}

锈迹：

extern crate libc;


pub trait Foo {
    fn callback(&self);
}

extern {
    fn c_function(context: *mut libc::c_void);
}

pub struct MyFoo;
impl Foo for MyFoo {
    fn callback(&self) {
        println!("callback on trait");
    }
}

#[no_mangle]
pub extern fn rust_cb(context: *mut Foo) {
    unsafe {
        let cb:Box<Foo> = Box::from_raw(context);
        cb.callback();
    }
}

#[no_mangle]
pub extern fn rust_function() {
    println!("Called rust_function");
    let tmp = Box::new(MyFoo);
    unsafe {
        c_function(Box::into_raw(tmp) as *const Foo as *mut libc::c_void);
    }
}

问题：

• 当我尝试对“rust_cb”中的特征对象调用“回调”时，我的程序出现段错误

一个解决方案： - 将“rust_cb”的函数签名更改为

pub extern fn rust_cb(context: *mut MyFoo)

但这不是我想要的，因为我正在尝试创建一个只知道侦听器特征的安全包装器

任何帮助表示赞赏

PS：我的假设是它有段错误，因为编译器不知道回调在特征 Foo 上的偏移量，它需要实际的对象来确定它在哪里。但后来我不知道如何解决这个问题

Answer 1

Box<Foo> 等 Rust 特征对象的大小是普通指针的两倍，因此您不能使用 void * 来表示它们。请参阅std::raw::TraitObject 了解更多信息。这是您的代码的工作版本：

program.c:

#include <dlfcn.h>
#include <stdio.h>

struct rs_trait_obj {
    void *data;
    void *vtable;
};

struct rs_trait_obj global_ctx;

void c_function(struct rs_trait_obj ctx) {
    printf("Called c_function\n");
    global_ctx = ctx;
}

int main(void) {
    void *thing = dlopen("thing/target/debug/libthing.dylib", RTLD_NOW | RTLD_GLOBAL);
    if (!thing) {
        printf("error: %s\n", dlerror());
        return 1;
    }
    void (*rust_function)(void) = dlsym(thing, "rust_function");
    void (*rust_cb)(struct rs_trait_obj) = dlsym(thing, "rust_cb");
    printf("rust_function = %p\n", rust_function);
    rust_function();

  rust_cb(global_ctx);
}

lib.rs:

#![feature(raw)]

extern crate libc;

use std::raw::TraitObject;
use std::mem;

pub trait Foo {
    fn callback(&self);
}

extern {
    fn c_function(context: TraitObject);
}

pub struct MyFoo;
impl Foo for MyFoo {
    fn callback(&self) {
        println!("callback on trait");
    }
}

#[no_mangle]
pub extern fn rust_cb(context: TraitObject) {
    unsafe {
        let cb: Box<Foo> = mem::transmute(context);
        cb.callback();
    }
}

#[no_mangle]
pub extern fn rust_function() {
    println!("Called rust_function");
    let tmp: Box<Foo> = Box::new(MyFoo);
    unsafe {
        c_function(mem::transmute(tmp));
    }
}

这仅适用于夜间 rustc（因为 #![feature(raw)]）并且还会发出警告，因为 TraitObject 不是 FFI 安全的。如果你想要一些可以稳定运行的东西，你可以像这样定义一些适当大小的结构并使用它来代替TraitObject：

#[repr(C)]
struct FFITraitObject {
    data: usize,
    vtable: usize,
}

当然，另一种选择是使用Box<Foo> 代替TraitObject，但您仍然会收到警告：

extern crate libc;

pub trait Foo {
    fn callback(&self);
}

extern {
    fn c_function(context: Box<Foo>);
}

pub struct MyFoo;
impl Foo for MyFoo {
    fn callback(&self) {
        println!("callback on trait");
    }
}

#[no_mangle]
pub extern fn rust_cb(context: Box<Foo>) {
    context.callback();
}

#[no_mangle]
pub extern fn rust_function() {
    println!("Called rust_function");
    let tmp: Box<Foo> = Box::new(MyFoo);
    unsafe {
        c_function(tmp);
    }
}

如果您真的想使用void *，可以考虑泄漏TraitObject 和MyFoo，并使用两个间接级别。

Answer 2

所以，如果你需要将Foo 表示为void *，你可以使用这个：

extern crate libc;

pub trait Foo {
    fn callback(&self);
}

extern {
    fn c_function(context: *mut libc::c_void);
}

pub struct MyFoo;
impl Foo for MyFoo {
    fn callback(&self) {
        println!("callback on trait");
    }
}

#[no_mangle]
pub extern fn rust_cb(context: *mut Box<Foo>) {
    unsafe {
        let cb: Box<Box<Foo>> = Box::from_raw(context);
        cb.callback();
    }
}

#[no_mangle]
pub extern fn rust_function() {
    println!("Called rust_function");
    let tmp: Box<Box<Foo>> = Box::new(Box::new(MyFoo));
    unsafe {
        c_function(Box::into_raw(tmp) as *mut Box<Foo> as *mut libc::c_void);
    }
}

我想你可能误解了什么是 trait 对象。特征对象是两个指针大小的类型（因此，在 64 位系统上为 128 位）。在本例中，Foo 不是 trait 对象，它是动态大小的类型（即具有可变大小的类型，例如 str）。 Box<Foo> 是一个特征对象。 Box<Box<Foo>> 既不是 trait 对象也不是动态大小的类型，它是与指针大小相同的类型，这就是我们需要在这里使用它的原因，因为我们想将其转换为 void *。

我称之为“泄漏”，因为当您调用 Box::into_raw 时，您正在泄漏框中任何内容的内存，这意味着您有责任确保调用析构函数（Drop 实现） .