在PHP程序中使用Rust擴(kuò)展的方法
C或PHP中的Rust
我的基本出發(fā)點(diǎn)就是寫一些可以編譯的Rust代碼到一個(gè)庫(kù)里面,并寫為它一些C的頭文件,在C中為被調(diào)用的PHP做一個(gè)拓展。雖然并不是很簡(jiǎn)單,但是很有趣。
Rust FFI(foreign function interface)
我所做的第一件事情就是擺弄Rust與C連接的Rust的外部函數(shù)接口。我曾用簡(jiǎn)單的方法(hello_from_rust)寫過(guò)一個(gè)靈活的庫(kù),伴有單一的聲明(a pointer to a C char, otherwise known as a string),如下是輸入后輸出的“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); }
我從C(或其它?。┲姓{(diào)用的Rust庫(kù)拆分它。這有一個(gè)接下來(lái)會(huì)怎樣的很好的解釋。
編譯它會(huì)得到.a的一個(gè)文件,libhello_from_rust.a。這是一個(gè)靜態(tài)的庫(kù),包含它自己所有的依賴關(guān)系,而且我們?cè)诰幾g一個(gè)C程序的時(shí)候鏈接它,這讓我們能做后續(xù)的事情。注意:在我們編譯后會(huì)得到如下輸出:
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
這就是Rust編譯器在我們不使用這個(gè)依賴的時(shí)候所告訴我們需要鏈接什么。
從C中調(diào)用Rust
既然我們有了一個(gè)庫(kù),不得不做兩件事來(lái)保證它從C中可調(diào)用。首先,我們需要為它創(chuàng)建一個(gè)C的頭文件,hello_from_rust.h。然后在我們編譯的時(shí)候鏈接到它。
下面是頭文件:
// hello_from_rust.h #ifndef __HELLO #define __HELLO void hello_from_rust(const char *name); #endif
這是一個(gè)相當(dāng)基礎(chǔ)的頭文件,僅僅為了一個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)提供簽名/定義。接著我們需要寫一個(gè)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!"); }
我們通過(guò)運(yùn)行一下代碼來(lái)編譯它:
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告訴gcc不要鏈接那些“本地的古董”,為了當(dāng)編譯我們的Rust庫(kù)時(shí)Rust編譯器可以提供出來(lái)。
經(jīng)運(yùn)行下面的代碼我們可以得到一個(gè)二進(jìn)制的文件:
$ ./hello_c Hello from Rust, Jared!
漂亮!我們剛才從C中調(diào)用了Rust庫(kù)?,F(xiàn)在我們需要理解Rust庫(kù)是如何進(jìn)入一個(gè)PHP擴(kuò)展的。
從 php 中調(diào)用 c
該部分花了我一些時(shí)間來(lái)弄明白,在這個(gè)世界上,該文檔在 php 擴(kuò)展中并不是最好的。最好的部分是來(lái)自綁定一個(gè)腳本 ext_skel 的 php 源(大多數(shù)代表“擴(kuò)展骨架”)即生成大多數(shù)你需要的樣板代碼。 你可以通過(guò)下載來(lái)開(kāi)始,和未配額的 php 源,把代碼寫進(jìn) php 目錄并且運(yùn)行:
$ cd ext/ $ ./ext_skel --extname=hello_from_rust
這將生成需要?jiǎng)?chuàng)建 php 擴(kuò)展的基本骨架?,F(xiàn)在,移動(dòng)你處處想局部地保持你的擴(kuò)展的文件夾。并且移動(dòng)你的
- .rust 源
- .rust庫(kù)
- .c header
進(jìn)入同一個(gè)目錄。因此,現(xiàn)在你應(yīng)該看看像這樣的一個(gè)目錄:
. ├── 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
一個(gè)目錄,11個(gè)文件
你可以在 php docs 在上面看到關(guān)于這些文件很好的描述。建立一個(gè)擴(kuò)展的文件。我們將通過(guò)編輯 config.m4 來(lái)開(kāi)始吧。
不解釋,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
正如我所理解的那樣,這些是基本的宏命令。但是有關(guān)這些宏命令的文檔是相當(dāng)糟糕的(比如:google"PHP_ADD_LIBRARY_WITH_PATH"并沒(méi)有出現(xiàn)PHP團(tuán)隊(duì)所寫的結(jié)果)。我偶然這個(gè)PHP_ADD_LIBRARY_PATH宏命令在有些人所談?wù)摰脑谝粋€(gè)PHP拓展里鏈接一個(gè)靜態(tài)庫(kù)的先前的線程里。在評(píng)論中其它的推薦使用的宏命令是在我運(yùn)行ext_skel后產(chǎn)生的。
既然我們進(jìn)行了配置設(shè)置,我們需要從PHP腳本中實(shí)際地調(diào)用庫(kù)。為此我們得修改自動(dòng)生成的文件,hello_from_rust.c。首先我們添加hello_from_rust.h頭文件到包含命令中。然后我們要修改confirm_hello_from_rust_compiled的定義方法。
#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!!)!");。
現(xiàn)在,我們可以試著建立我們的擴(kuò)展:
$ phpize $ ./configure $ sudo make install
就是它,生成我們的元配置,運(yùn)行生成的配置命令,然后安裝該擴(kuò)展。安裝時(shí),我必須親自使用sudo,因?yàn)槲业挠脩舨⒉粨碛邪惭b目錄的 php 擴(kuò)展。
現(xiàn)在,我們可以運(yùn)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
還不錯(cuò),php 已進(jìn)入我們的 c 擴(kuò)展,看到我們的應(yīng)用方法列表并且調(diào)用。接著,c 擴(kuò)展已進(jìn)入我們的 rust 庫(kù),開(kāi)始打印我們的字符串。那很有趣!但是......那段錯(cuò)誤的結(jié)局發(fā)生了什么?
正如我所提到的,這里是使用了 Rust 相關(guān)的 println! 宏,但是我沒(méi)有對(duì)它做進(jìn)一步的調(diào)試。如果我們從我們的 Rust 庫(kù)中刪除并返回一個(gè) char* 替代,段錯(cuò)誤就會(huì)消失。
這里是 Rust 的代碼:
#![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()
}
并變更 C 頭文件:
#ifndef __HELLO #define __HELLO const char * hello_from_rust(const char *name); #endif
還要變更 C 擴(kuò)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); }
無(wú)用的微基準(zhǔn)
那么為什么你還要這樣做?我還真的沒(méi)有在現(xiàn)實(shí)世界里使用過(guò)這個(gè)。但是我真的認(rèn)為斐波那契序列算法就是一個(gè)好的例子來(lái)說(shuō)明一個(gè)PHP拓展如何很基本。通常是直截了當(dāng)(在Ruby中):
def fib(at) do if (at == 1 || at == 0) return at else return fib(at - 1) + fib(at - 2) end end
而且可以通過(guò)不使用遞歸來(lái)改善這不好的性能:
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
那么我們圍繞它來(lái)寫兩個(gè)例子,一個(gè)在PHP中,一個(gè)在Rust中??纯茨膫€(gè)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
這是它的運(yùn)行結(jié)果:
$ time php php_fib.php real 0m2.046s user 0m1.823s sys 0m0.207s
現(xiàn)在我們來(lái)做Rust版。下面是庫(kù)資源:
#![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,我編譯的庫(kù)rustc - O rust_lib.rs使編譯器優(yōu)化(因?yàn)槲覀兪沁@里的標(biāo)準(zhǔn))。這里是C擴(kuò)展源(相關(guān)摘錄):
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)); }
運(yùn)行PHP腳本:
<?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); } ?>
這就是它的運(yùn)行結(jié)果:
$ time php rust_fib.php real 0m0.586s user 0m0.342s sys 0m0.221s
你可以看見(jiàn)它比前者快了三倍!完美的Rust微基準(zhǔn)!
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