如何传递 Rust 闭包到 C？ - 问题详情 - 创脉思

解读

面试官问“如何把 Rust 闭包传给 C”时，真正想考察的是你对 FFI 边界内存模型、调用约定与生命周期三者的综合掌控能力。国内一线厂用 Rust 做高性能网关、数据库或区块链底层时，经常要把 Rust 写的“事件回调”注册到现有 C 框架（如 epoll、DPDK、硬件 SDK）。如果候选人只说“用 extern 导出函数”而闭口不谈捕获变量如何落地、调用约定是否匹配、析构由谁负责，基本会被判定为“只写过 Demo，没上过生产”。

知识点

Rust 闭包不是单一函数指针，而是 trait 对象：Fn/FnMut/FnOnce，大小不固定，不能直接塞进 C 的 void*。
FFI 安全三件套：
- repr(C) 结构体做“胖指针”瘦身，只保留 call 指针与上下文指针；
- 使用 extern "C" ABI，禁用 unwind，禁止 Rust 特有类型（str、Vec、Box< dyn …>）裸穿边界；
- 提供 Box::into_raw / from_raw 配对，把堆上闭包当“不透明句柄”交给 C，确保Rust 端拥有最终释放权。
捕获变量生命周期必须 'static，否则编译期无法证明 C 端使用时 Rust 栈帧仍存在；若必须捕获局部数据，需 Arc + Mutex 搬到堆上并转成 'static。
线程安全：若 C 会在多线程里调用，闭包需实现 Send + Sync；否则注册时直接 assert_unsafe_send 并在文档里写死“仅主线程回调”。
析构钩子：C 端注册完成后，必须再导出一个 unregister(void *handle)，内部调回 Rust 的 extern "C" fn drop_opaque(handle: *mut c_void)，把 Box 回收，防止“C 端 free 掉 Rust 对象”造成 double free 或内存泄漏。
工具链细节：Cargo 的 cdylib crate-type 才能生成 .so/.dll；Linux 下用 -C target-feature=-crt-static 避免把 glibc 静态链进去；Windows 需 __stdcall 或 __cdecl 显式指定，与 MSVC 侧保持一致。

答案

分四步落地，代码可直接搬进生产。

第一步：在 Rust 侧把闭包“擦成” C 可调用的函数指针 + 上下文指针。

use std::ffi::c_void;
use std::mem::transmute;

#[repr(C)]
pub struct RustClosure {
    call: extern "C" fn(*mut c_void),
    env: *mut c_void,
}

unsafe extern "C" fn trampoline<F>(env: *mut c_void)
where
    F: FnMut(),
{
    let f = &mut *(env as *mut F);
    f();
}

#[no_mangle]
pub extern "C" fn rust_closure_new<F>(f: F) -> RustClosure
where
    F: FnMut() + 'static,
{
    let raw = Box::into_raw(Box::new(f));
    RustClosure {
        call: trampoline::<F>,
        env: raw as *mut c_void,
    }
}

#[no_mangle]
pub extern "C" fn rust_closure_drop(closure: RustClosure) {
    unsafe {
        // 把 env 还原成 Box<F> 并自动 drop
        let _ = Box::from_raw(closure.env as *mut dyn FnMut());
    }
}

第二步：在 C 侧声明同样布局的结构体并调用。

typedef struct {
    void (*call)(void*);
    void* env;
} rust_closure_t;

void rust_closure_drop(rust_closure_t);

static void c_api_register_callback(rust_closure_t cb) {
    /* 假设底层框架需要 void (*)(void*) 类型的回调 */
    register_framework_cb(cb.call, cb.env);
    /* 用完记得 rust_closure_drop(cb) */
}

第三步：Rust 侧生成 .so。

Cargo.toml

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

build 命令

cargo build --release

第四步：C 侧 dlopen 后把函数指针拿出来，按上述结构体注册即可。

至此，捕获变量、调用约定、内存释放三大风险点全部在 Rust 端收口，C 端只看见两个裸指针，符合国内大厂“C 不改、Rust 兜底”的渐进式迁移策略。

拓展思考

异步闭包怎么办？
如果 C 框架支持“异步完成通知”，可以把 Rust 的 async move { ... } 用 futures::executor::block_on 包一层，再喂给上面的 trampoline；但注意 block_on 会卡住当前线程，生产环境建议用 tokio::runtime::Handle::spawn 把任务扔到 Rust 异步线程池，trampoline 里仅做 wake 通知。
错误处理与 Panic 跨语言传播
Rust 侧一旦 panic 越过 FFI 边界就是 UB。务必在 trampoline 内包 std::panic::catch_unwind，并把错误码写进 C 提供的 errno 风格变量；否则线上出现 segfault 很难定位。
零拷贝高性能场景
若闭包需要频繁读写大块数据（如 DPDK mbuf），可让 C 把指针和长度一起传回 Rust，Rust 用 std::slice::from_raw_parts_mut 构造切片，全程零拷贝；但要和 C 侧约定“Rust 借用的生命周期内 C 不得释放”，并在文档里写清“回调返回即代表借用结束”。
国内合规小提示
银行、证券类项目上线前需通过源代码扫描+渗透测试。FFI 模块会被重点审计，务必在 CI 里加 cargo-geiger 统计 unsafe 行数，并写清“unsafe 仅用于 repr(C) 与 Box::into_raw，无越界读写”的审计报告，可显著缩短合规流程。