如何将 Rust 错误码映射到 C 负数？ - 问题详情 - 创脉思

解读

在国内做 Rust 与 C 的 FFI（Foreign Function Interface）时，**“把 Rust 的 Result 变成 C 能识别的负整数”**是面试官高频追问的点。
核心矛盾有三层：

Rust 侧用 enum 或常量表达错误，值域通常从 0 开始；
C 侧习惯用 < 0 表示失败，0 表示成功，>0 可能表示警告或句柄；
ABI 边界必须保证编译器不会重新排布枚举值，且跨平台时 int32_t 与 c_int 宽度一致。

面试官想听的不是“-1 就行”，而是**“怎么保证映射可维护、可扩展、零开销，还能让 C 用户一眼看懂”**。

知识点

repr(C) 枚举的整型约定：不加 repr(C) 的 Rust enum 不保证布局，加 repr(i32) 后才能与 C int 一一对应。
错误值域划分：把 0 留给成功，正数留给警告/句柄，负数留给错误，与 Linux errno 风格对齐。
const 负常量的编译期折叠：Rust 支持 const ERR_XXX: i32 = -（模块基值 + 偏移），在编译期完成负数映射，无运行时开销。
宏或 build.rs 生成映射表：国内大厂代码审查要求“禁止手写魔法数”，用 build.rs 扫描枚举自动生成 C 头文件，保证单一代码源。
#[no_mangle] + extern "C" 导出函数签名：返回 c_int 而非 i32，避免 i32 与 c_int 在 64 位 Windows 上宽度不一致的坑。
panic=abort 与 unwind 安全：Rust 侧必须 catch_unwind 或直接用 panic=abort，防止跨 FFI 边界 unwind 导致 C 进程崩溃——国内安全红线一票否决。

答案

步骤一：用 repr(i32) 定义错误枚举，并预留 0 为成功

#[repr(i32)]
pub enum MyError {
    Ok = 0,
    InvalidArg = -1,
    Timeout = -2,
    Io = -3,
}

步骤二：提供 into_c_errno 方法，保证零成本转换

impl MyError {
    pub const fn into_c_errno(self) -> c_int {
        self as c_int
    }
}

步骤三：在 FFI 导出函数里统一使用

#[no_mangle]
pub extern "C" fn do_something(ptr: *const c_char) -> c_int {
    if ptr.is_null() {
        return MyError::InvalidArg.into_c_errno();
    }
    match unsafe { CStr::from_ptr(ptr).to_str() } {
        Ok(_) => MyError::Ok.into_c_errno(),
        Err(_) => MyError::InvalidArg.into_c_errno(),
    }
}

步骤四：通过 build.rs 生成 C 头文件，避免手写魔法数

// build.rs
use std::io::Write;
fn main() {
    let out = std::path::PathBuf::from(std::env::var("OUT_DIR").unwrap());
    let mut f = std::fs::File::create(out.join("my_error.h")).unwrap();
    writeln!(f, "#pragma once").unwrap();
    writeln!(f, "#define MY_OK 0").unwrap();
    writeln!(f, "#define MY_INVALID_ARG -1").unwrap();
    writeln!(f, "#define MY_TIMEOUT -2").unwrap();
    writeln!(f, "#define MY_IO -3").unwrap();
}

步骤五：在 Cargo.toml 开启 panic=abort，防止跨语言 unwind

[profile.release]
panic = "abort"

这样即可在编译期完成 Rust 错误码到 C 负数的映射，零运行时开销，且 C 用户只需包含自动生成的头文件即可。

拓展思考

分层错误空间：国内大型 C++ 存量系统往往把错误码拆成 “模块号 8bit + 错误号 24bit”，Rust 侧可用 #[repr(i32)] 的 const 表达式实现 const MOD_FOO: i32 = 0x02000000; const ERR_BAR: i32 = -(MOD_FOO | 123);，既兼容老协议，又保留 Rust 枚举可读性。
错误字符串回传：C 侧拿到负数后想打印日志，可再导出一个 extern "C" fn my_error_str(code: c_int) -> *const c_char，内部用 phf 静态哈希表做 O(1) 查表，避免每次分配。
多线程与重入：如果错误码需要携带 errno 式线程局部上下文，可用 std::cell::RefCell<Option<MyError>> 的线程局部存储，但 FFI 边界必须保证无隐藏状态，否则审计会被打回。
Rust 1.73+ 的 core::ffi::c_int 保证：在 #![no_std] 嵌入式场景，同样可以用 c_int 做负数映射，无需依赖 std，满足国内车规与航天 Rust 试点要求。