Rust 跨平台-Android 和鸿蒙 OS

news2024/9/20 20:30:22

1. 安装 rustup

rustup 是 Rust 的安装和版本管理工具

$ curl --proto '=https' --tlsv1.2 https://sh.rustup.rs -sSf | sh

该命令会安装 rusup 和最新的稳定版本的 Rust；包括：

  • rustc Rust 编译器，用于将 Rust 代码编译成可执行文件或库。

  • cargo Rust 的包管理器和构建工具，用于管理项目依赖、编译项目、运行测试等。

  • rustfmt 代码格式化工具，用于自动格式化 Rust 代码以符合官方风格指南。

  • clippy 静态分析工具，用于捕捉常见错误和改进代码质量。

  • 其他工具，如rustdoc用于生成文档等。

成功后控制台会输出：Rust is installed now. Great!

macOS 系统上需要安装：xcode-select --install

cargo 在开发中较为常用，算是打交道最多的工具之一

2. 标准库 Rust Standard Library

标准库是 Rust 编程语言的官方库，提供了一系列预先编写好的类型和函数，用来处理常见的任务，如：

  1. 基本数据类型（比如i32， u64， f32等）。

  2. 集合类型（如Vec<T>， HashMap<K, V>等）。

  3. 输入/输出（I/O）操作，包括文件操作和网络编程。

  4. 线程和并发编程工具。

  5. 其他有用的工具，如字符串处理、日期和时间操作等。

渠道

通常情况下安装 rustup 的时候，标准库就已经安装到本地；但是 rust 有几种发布渠道，用于提供不同稳定程度的 Rust 版本，Rust 的三个主要发布渠道是：

  1. Stable（稳定版）：这是大多数用户推荐使用的版本。它每六周发布一次，提供最新的功能和改进，但只包括那些经过充分测试和认为稳定的特性。

  2. Beta（测试版）：这个版本比 Stable 新，但可能包含一些即将纳入下一个 Stable 版本的特性和改进。它主要用于测试即将发布的功能，以确保它们在正式成为稳定版之前没有问题。

  3. Nightly（每夜构建版）：这是最前沿的版本，包括了所有最新开发的特性。这些特性可能未完全稳定或待评估，因此这个版本主要用于实验和评估最新的语言改进。Nightly 版本，顾名思义，每夜更新一次，包括最新的代码提交。

安装

  • 列出已安装的版本

rustup toolchain list

  • 安装新的版本

rustup toolchain install beta

或者

rustup toolchain install nightly

切换版本

切换全局（即默认）Rust 版本，使用rustup default命令：

rustup default stable
rustup default beta
rustup default nightly

这些命令会将你的系统默认 Rust 版本切换为相应的版本。

为特定项目切换版本

如果你只想为特定的项目切换 Rust 版本，而不影响全局设置，可以在项目目录内使用以下命令设置目录级别的默认版本：

rustup override set stable
rustup override set beta
rustup override set nightly

补装标准库源码

rustup component add rust-src

每一个 toolchain 都有自己的源码

建议安装 stable 和 nightly 的源码，因为只有 nightly 版本支持编译鸿蒙系统

如果不安装后续鸿蒙 OS 下编译会报错，根据提示安装也行

为特定目标平台编译代码

在 stable 下，rust 支持 android 平台的编译，通过 rustup target list |grep android 可以查看支持的所有平台架构

% rustup target list |grep android                                                                                                                                                    24-03-19 - 15:46:34
aarch64-linux-android (installed)
arm-linux-androideabi (installed)
armv7-linux-androideabi (installed)
i686-linux-android (installed)
thumbv7neon-linux-androideabi (installed)
x86_64-linux-android (installed)

如果已安装，后面会有 （installed） 标识；建议一次性都安装上：

rustup target add aarch64-linux-android arm-linux-androideabi armv7-linux-androideabi i686-linux-android thumbv7neon-linux-androideabi x86_64-linux-android

鸿蒙 OS 下需要切换到 nightly，通过 rustup target list |grep ohos 可以查看支持的所有平台架构：

% rustup target list |grep ohos                                                         
aarch64-unknown-linux-ohos (installed)
armv7-unknown-linux-ohos (installed)
x86_64-unknown-linux-ohos (installed)

同样，建议一次性都安装上

3. 创建 Rust Library 工程

使用命令行创建：

cargo new demo --lib

或者使用 IDE，推荐使用 Jetbrains 的 RustRover

此时目录结构如下：

demo
├── Cargo.toml
└── src
    └── lib.rs

Cargo.toml 的配置

[lib]

[lib]
crate-type = ["cdylib"]

crate-type属性用于指定编译目标类型。这些类型决定了编译器会如何编译你的代码。以下是一些常见的crate-type值及其区别：

1. bin

  • 描述：一个可执行的二进制文件。

  • 使用场景：当你想要创建一个可以直接运行的程序时，使用此类型。大多数应用程序都是以bin类型编译的。

2. lib

  • 描述：一个库文件，可以被其他 Rust 包作为依赖使用。

  • 使用场景：如果你正在开发一个提供函数、类型或特性给其他包使用的库，应选择此类型。

3. rlib

  • 描述：Rust 编译的库文件，包含元数据和符号，供后续的 Rust 编译阶段使用。

  • 使用场景：当你想要编译一个 Rust 库供其他 Rust 项目使用，并期望进行链接和代码生成优化时。

4. dylib

  • 描述：一个动态链接库（DLL），可以在运行时被 Rust 或其他语言的应用程序动态链接。

  • 使用场景：当你想要创建一个可以被多个程序共享的库，或者当你需要和其他使用动态链接的语言互操作时。

5. cdylib

  • 描述：一个为 C 语言接口定制的动态链接库。它移除了 Rust 特有的元数据，只保留了可以从 C 或其他语言调用的符号。

  • 使用场景：当你开发一个 Rust 库，希望能够被 C 或其他语言作为动态链接库使用时。这是创建跨语言共享库的常见方式。

6. staticlib

  • 描述：静态库（.a文件），可以被 C 语言或其他语言的应用程序在编译时静态链接。

  • 使用场景：如果你想要创建一个可以被其他语言静态链接的库，或希望你的 Rust 代码被编译进一个单独的二进制文件，而不依赖于 Rust 的运行时或其他动态库。

7. proc-macro

  • 描述：一个过程宏库，用于创建自定义#[derive]宏或其他类型的宏。

  • 使用场景：当你想要创建新的宏来扩展 Rust 语法，比如自定义派生属性或宏指令时。

[dependencies] 和 [features]

由于需要区分 android 和 ohos 两个平台的特定库，所以有一些依赖库需要配置为可选的，然后使用 cargo 构建的时候添加 --features 参数来分别进行交叉编译

对于 android 平台，需要引入 jni 库，来和 java/kotlin 互相调用

rust 和 node 互相调用可以使用 node-bindgen，但遗憾的是，node-bindgen并不兼容鸿蒙系统；不过已经有人基于node-bindgen兼容了 ohos：https://crates.io/crates/ohos-node-bindgen

对于 ohos 平台，需要引入 ohos-node-bindgen 库，来和 node 通信；由于 ohos-node-bindgen 依赖 socket2，然而 socket2 在 ohos 下有 bug，所以这里需要使用https://github.com/stuartZhang/socket2.git 来替换 ohos-node-bindgen 内部依赖的socket2版本

最终配置如下

[features]
default = ["android"]
android = ["dep:jni", "dep:android_logger"]
ohos = ["dep:ohos-node-bindgen", "dep:socket2"]

[dependencies]
jni = { version = "0.19.0", optional = true }
android_logger = { version = "0.13.3", optional = true }
ohos-node-bindgen = { version = "6.0.3", optional = true }
socket2 = { version = "0.4.10", optional = true }
dashmap = "5.5.3"
threadpool = "1.8.1"
log = "0.4.21"

[patch.crates-io]
socket2 = { version = "0.4.10", git = "https://github.com/stuartZhang/socket2.git", branch = "v0.4.x" }

也就是说：

  • dashmap、threadpool 和 log 是所有平台下都参与编译的库

  • android 单独编译：jni 和 android_logger

  • ohos 单独编译：ohos-node-bindgen 和 socket2

  • 另外，features 的默认值为 android

编写代码 - lib.rs

由于存在不同的 features，所以对于 android：

#[cfg(feature = "android")]
#[no_mangle]
pub extern "system" fn Java_com_haier_uhome_uplus_hook_monitor_app_NativeLib_hello(
    env: JNIEnv,
    _class: JClass,
) -> jstring {
    // 将 Rust 字符串转换为 JNI 字符串
    let result = env.new_string("Hello from Rust!").expect("Couldn't create Java string!");
    // 返回结果
    result.into_inner()
}

#[cfg(feature = "android")]：与上述 features 对应

#[no_mangle] 则是禁用驼峰警告

对于 ohos：

#[cfg(feature = "ohos")]
#[ohos_node_bindgen]
pub extern "C" fn add(l: i32, r: i32) -> i32 {
    l + r
}

#[cfg(feature = "ohos")]：与上述 features 对应

#[ohos_node_bindgen] 则是标识 add 函数可以被 node 端调用

node-bindgen 的大致原理如下：

1. FFI（外部函数接口）

Node.js 的原生模块基于 C++ 和 Node.js 的 N-API（原生 API），N-API 提供了一套与 V8 引擎解耦的接口，使原生模块在 Node.js 版本升级时保持兼容。node-bindgen 底层利用 Rust 的外部函数接口（FFI）能力，通过这些接口与 Node.js 通信。

Rust 的 FFI 功能允许其调用 C 语言 API。因此，node-bindgen 实际上是通过 Rust 的 FFI 调用 Node.js 的 N-API 来创建和管理 JavaScript 值，以及执行与 JavaScript 环境的交互。

2. 宏和属性

node-bindgen 提供了一系列宏（例如 #[node_bindgen]），这些宏在编译时自动生成将 Rust 函数暴露为 Node.js 可调用函数的胶水代码。这个过程包括自动生成用于参数转换和返回值处理的代码，使 Rust 函数能够直接接收来自 JavaScript 的参数并返回可以直接在 JavaScript 中使用的结果。

3. 内存管理

Rust 和 JavaScript 之间的内存管理是 node-bindgen 的关键部分。Rust 有自己的内存管理规则，主要基于所有权和生命周期，而 JavaScript 的内存则由垃圾收集器自动管理。node-bindgen 必须确保在这两种内存管理模型之间正确地桥接，包括处理 Rust 中的数据所有权转移和确保 JavaScript 对象在需要时保持存活。

4. 异步操作

Node.js 广泛使用异步操作，而 Rust 也有强大的异步支持。node-bindgen 支持将 Rust 的异步操作暴露给 Node.js。这通过将 Rust 的 Future 转换为 Node.js 的 Promise 来实现。node-bindgen 会自动处理这种转换，允许开发者以 Promise 的形式在 JavaScript 中接收 Rust 异步操作的结果。

5. 类型转换

node-bindgen 自动处理 Rust 类型和 JavaScript 类型之间的转换。对于简单类型（如数字和字符串），这通常是直接的。但对于复杂类型（如结构体或枚举），node-bindgen 生成的代码会负责序列化和反序列化操作，确保两种语言之间可以无缝交换复杂数据结构。

总结

node-bindgen 利用 Rust 的 FFI 能力、宏系统、强类型系统和异步特性，提供了一种高效、类型安全的方式来将 Rust 代码与 Node.js 集成。它自动处理大部分繁琐的胶水代码编写工作，使得 Rust 和 Node.js 之间的交互变得更加简单直接。这样的设计允许开发者专注于实现应用逻辑，而无需深入底层的语言绑定细节。理解颇为浅陋，如有任何问题可私 1239604859@qq.com 讨论

编译 - android 平台的产物

官方提供了 cargo-ndk 工具，它简化了为 Android 使用 Rust 编写原生代码库（.so 文件）的过程。

  • 下载安卓 NDK，并配置到环境变量

export ANDROID_HOME=$HOME/ssd/Android/sdk
PATH="$ANDROID_HOME/ndk-bundle:$PATH"
export PATH

  • 安装 cargo-ndk

cargo install cargo-ndk

  • 使用 cargo-ndk 构建你的项目

cargo ndk -t armv7-linux-androideabi -t aarch64-linux-android -o ../../MonitorTestClient/app/src/main/jniLibs build --release

  • 参数解释

    • -t 或 --target：指定目标架构

    • -o 或 --output：指定输出目录，这里的目录会用于存放编译生成的 .so 文件

    • build：是 cargo 的子命令，用于编译项目，会传递它以及任何附加参数给 cargo build

编译 - ohos 平台的产物

官方没有为鸿蒙系统提供类似cargo-ndk的工具，需要手动配置编译参数

1. 首先切换到 nightly 渠道

rustup override set nightly

2. 配置环境变量：

# huawei
export OHOS_HOME=$HOME/ssd/huawei/sdk
export OHOS_API_V=9
export OHOS_CORE_V=3.1.0
export OH_NDK_ROOT=$OHOS_HOME/openharmony/$OHOS_API_V/native
PATH="$OHOS_HOME/hmscore/$OHOS_CORE_V/toolchains:$PATH"
export PATH

单独配置 OHOS_API_V 的好处是如果华为更新了 Native SDK，可以更方便的动态切换

3. 创建 ohos 对应 target 的可执行脚本，例如和config.toml中 [target.aarch64-unknown-linux-ohos] 对应

  • 创建位置：~/.cargo

  • aarch64-unknown-linux-ohos-clang.sh

#!/bin/sh
. $HOME/.bash_profile
exec $OH_NDK_ROOT/llvm/bin/clang \
  -target aarch64-linux-ohos \
  --sysroot=$OH_NDK_ROOT/sysroot \
  -D__MUSL__ \
  "$@"

  • armv7-unknown-linux-ohos-clang.sh

#!/bin/sh
. $HOME/.bash_profile
exec $OH_NDK_ROOT/llvm/bin/clang \
  -target arm-linux-ohos \
  --sysroot=$OH_NDK_ROOT/sysroot \
  -D__MUSL__ \
  -march=armv7-a \
  -mfloat-abi=softfp \
  -mtune=generic-armv7-a \
  -mthumb \
  "$@"

  • x86_64-unknown-linux-ohos-clang.sh

#!/bin/sh
. $HOME/.bash_profile
exec $OH_NDK_ROOT/llvm/bin/clang \
  -target x86_64-linux-ohos \
  --sysroot=$OH_NDK_ROOT/sysroot \
  -D__MUSL__ \
  "$@"

  • . $HOME/.bash_profile 根据实际情况进行修改，只要能拿到 $OH_NDK_ROOT 即可

4. 通用配置：config.toml

  • 创建位置：~/.cargo

# 鸿蒙编译工具链-目前只能手动配置:
[target.aarch64-unknown-linux-ohos]
linker = ".cargo/aarch64-unknown-linux-ohos-clang.sh"

[target.armv7-unknown-linux-ohos]
linker = ".cargo/armv7-unknown-linux-ohos-clang.sh"

[target.x86_64-unknown-linux-ohos]
linker = ".cargo/x86_64-unknown-linux-ohos-clang.sh"

# 会概率性地失败于exit code: 0xc0000005, STATUS_ACCESS_VIOLATION错误 - https://rustcc.cn/article?id=568d35d6-b782-49e9-b9b1-5d870d28f927
[profile.dev.package.compiler_builtins]
opt-level = 2

[alias]
ohos-build = ["build", "-Zbuild-std", "--target=aarch64-unknown-linux-ohos", "--target=armv7-unknown-linux-ohos", "--target=x86_64-unknown-linux-ohos"]

  • [alias] 作用是使得：

        cargo ohos-build --release 等价于 cargo build -Zbuild-std --target=aarch64-unknown-linux-ohos --target=armv7-unknown-linux-ohos --target=x86_64-unknown-linux-ohos --release

  • 对于我们演示的 demo 工程，最终编译命令行如下

cargo ohos-build --release --features ohos

4. Android 工程测试 rust 产物

把动态库拷贝到 app 模块中

src
├── androidTest
├── main
│   ├── jniLibs
│   │   ├── arm64-v8a
│   │   │   └── libdemo.so
│   │   └── armeabi-v7a
│   │       └── libdemo.so

创建对应包名的单例

object NativeLib {
  init {
    System.loadLibrary("demo")
  }

  external fun hello(): String

  external fun mapTest()
}

在 MainActivity 中调用

val nstr = NativeLib.hello()
Log.d(TAG, "onCreate: $nstr")
2024-03-19 19:32:32.207 11941-11941 MainActivity             D  onCreate: Hello from Rust!

5. ohos 工程测试 rust 产物

把动态库拷贝到 entry 模块中

entry
├── build-profile.json5
├── hvigorfile.ts
├── libs
│   ├── arm64-v8a
│   │   └── libdemo.so
│   └── armeabi-v7a
│       └── libdemo.so

在 Index.ets 中

import hello from "libdemo.so"

@Entry
@Component
struct Index {
  @State message: string = 'Hello World';

  build() {
    Row() {
      Column() {
        Text(this.message)
          .fontSize(50)
          .fontWeight(FontWeight.Bold)
        Button("计 算")
          .fontSize(50)
          .fontWeight(FontWeight.Bold)
          .onClick(() => {
            let sum = hello.add(3, 5);
            this.message = "3 + 5 = " + sum.toString();
          })
      }
      .width('100%')
    }
    .height('100%')
  }
}

运行结果：

      

6. 团队介绍

「三翼鸟数字化技术平台-智家APP平台」通过持续迭代演进移动端一站式接入平台为三翼鸟APP、智家APP等多个APP提供基础运行框架、系统通用能力API、日志、网络访问、页面路由、动态化框架、UI组件库等移动端开发通用基础设施；通过Z·ONE平台为三翼鸟子领域提供项目管理和技术实践支撑能力，完成从代码托管、CI/CD系统、业务发布、线上实时监控等Devops与工程效能基础设施搭建。

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