PHP擴充之Rust

本文主要介紹了在PHP程式中使用Rust擴充的方法，Rust是近來新興的編譯型語言，效能十分出眾。希望對大家有幫助。

 C或PHP中的Rust

我的基本出發點就是寫一些可以編譯的Rust程式碼到一個函式庫裡面，寫為它一些C的頭文件，在C中為被呼叫的PHP做一個拓展。雖然不是很簡單，但很有趣。
Rust FFI（foreign function interface）

我所做的第一件事就是擺弄Rust與C連接的Rust的外部函數介面。我曾經用簡單的方法（hello_from_rust）寫過一個靈活的函式庫，伴隨單一的聲明（a pointer to a C char, otherwise known as a string），如下是輸入後輸出的「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！）中呼叫的Rust庫拆分它。這有一個接下來會怎樣的很好的解釋。

編譯它會得到.a的一個文件，libhello_from_rust.a。這是一個靜態的函式庫，包含它自己所有的依賴關係，而且我們在編譯一個C程式的時候連結它，這讓我們能做後續的事情。注意：在我們編譯後會得到以下輸出：
 

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依賴的時候所告訴我們需要連結什麼。

從C中呼叫Rust

既然我們有了一個函式庫，就不得不做兩件事來保證它從C中可呼叫。首先，我們需要為它建立一個C的頭文件，hello_from_rust.h。然後在我們編譯的時候連結到它。

下面是頭檔：
 

// hello_from_rust.h
#ifndef __HELLO
#define __HELLO
 
void hello_from_rust(const char *name);
 
#endif

這是一個相當基礎的頭文件，只是為了一個簡單的函數提供簽名/定義。接著我們需要寫一個C程式並使用它。
 

// hello.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "hello_from_rust.h"
 
int main(int argc, char *argv[]) {
 hello_from_rust("Jared!");
}

我們透過執行程式碼來編譯它：
 

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不要連結那些“本地的古董”，為了當編譯我們的Rust庫時Rust編譯器可以提供出來。

經過執行下面的程式碼我們可以得到一個二進位的檔案：
 

#

$ ./hello_c
Hello from Rust, Jared!

漂亮！我們剛才從C中呼叫了Rust函式庫。現在我們要理解Rust函式庫是如何進入一個PHP擴充的。

從php 呼叫c

這部分花了我一些時間來弄清楚，在這個世界上，該文件在php 擴充中並不是最好的。最好的部分是來自綁定一個腳本 ext_skel 的 php 來源（大多數代表「擴展骨架」）即產生大多數你需要的樣板程式碼。你可以透過下載來開始，和未配額的php 來源，把程式碼寫進php 目錄並且執行：

 $ cd ext/
$ ./ext_skel --extname=hello_from_rust

##  這將產生需要建立php 擴充的基本骨架。現在，移動你處處想局部地保持你的擴充的資料夾。並且移動你的

•     .rust 來源

##    .rust庫
    .c header
進入同一個目錄。因此，現在你應該看看像這樣的一個目錄：

 .
├── 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

#一個目錄，11個檔案

你可以在php docs 在上面看到關於這些文件很好的描述。建立一個擴充的檔案。我們將透過編輯 config.m4 來開始吧。

不解釋，以下就是我的成果：

 

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。但是有關這些巨集指令的文檔是相當糟糕的（例如：google"PHP_ADD_LIBRARY_WITH_PATH"並沒有出現PHP團隊所寫的結果）。我偶然這個PHP_ADD_LIBRARY_PATH宏指令在有些人所談論的在一個PHP拓展裡連結一個靜態函式庫的先前的線程裡。在評論中其它的推薦使用的巨集命令是在我運行ext_skel後產生的。

既然我們進行了配置設置，我們需要從PHP腳本中實際地呼叫庫。為此我們得修改自動產生的文件，hello_from_rust.c。首先我們加入hello_from_rust.h頭檔到包含指令中。然後我們要修改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：我加入了hello_from_rust("Jared (fromPHP!!)!");。

現在，我們可以試著建立我們的擴充：

$ phpize
$ ./configure
$ sudo make install

就是它，產生我們的元配置，運行生成的配置命令，然後安裝該擴充功能。安裝時，我必須親自使用sudo，因為我的使用者並不擁有安裝目錄的 php 擴充功能。

現在，我們可以運行它啦！

$ 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(&#39;rust_fib&#39;)) {
 dl(&#39;rust_fib.&#39; . 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！

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