在PHP程序中使用Rust擴(kuò)展的方法

更新時(shí)間：2015年07月03日 14:10:59 投稿：goldensun

這篇文章主要介紹了在PHP程序中使用Rust擴(kuò)展的方法,Rust是近來(lái)新興的編譯型語(yǔ)言,性能十分出眾,需要的朋友可以參考下

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：

復(fù)制代碼代碼如下:

 
#![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：

復(fù)制代碼代碼如下:

#![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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