如何调用外部 C 函数？ - 问题详情 - 创脉思

解读

在国内 Rust 岗位面试中，“调用外部 C 函数” 是高频且必答的底层能力题。面试官想确认三件事：

你是否真正写过 FFI（Foreign Function Interface） 代码，而不是背概念；
能否在 Cargo 工程 里把 C 源码/动态库无缝集成，解决 交叉编译 与 持续集成 问题；
是否理解 Rust 内存模型 与 C 内存模型 的差异，能写出 UB-free 的安全封装。
回答时务必给出 最小可编译示例，并主动提及 bindgen、cc、cmake、pkg-config 等国内常用工具链，否则会被判定为“纸上谈兵”。

知识点

extern "C" 与 ABI 约定：防止 Rust 符号被 mangle，确保与 C 侧符号一一对应。
#[link(name = …)] 与 build.rs：告诉 rustc 如何找库，国内常用 静态库 .a（减少 dll 地狱）并配合 cargo:rustc-link-search=native= 输出。
unsafe 块：调用 C 函数必须置于 unsafe，但 unsafe 不等于放弃安全，要在上层提供 Rust 安全包装。
原始指针与内存布局：*const c_char、*mut c_void、 #[repr(C)] 结构体，必须保证内存对齐与大小端一致。
bindgen 自动生成：国内大厂代码库往往有海量 C 头文件，bindgen 在 build.rs 里一键生成 Rust 绑定，避免手写出错。
panic=abort 与 unwind 策略：若 C 侧调用 Rust 回调，必须设置 panic=abort，防止跨 FFI 边界 unwind 引发 UB。
交叉编译与 CI：国内常用 aarch64-unknown-linux-gnu、mips-unknown-linux-musl 等目标，docker 镜像 + cargo-zigbuild 可一次性搞定。

答案

下面给出一个 可在国产银河麒麟 x86_64 与 aarch64 上直接编译运行 的完整示例，目录结构符合国内工程规范：

ffi_demo/
├── Cargo.toml
├── build.rs
├── src/
│   └── main.rs
├── c_src/
│   ├── mathlib.c
│   └── mathlib.h

c_src/mathlib.h

#ifndef MATHLIB_H
#define MATHLIB_H
int add(int a, int b);
#endif

c_src/mathlib.c

#include "mathlib.h"
int add(int a, int b) { return a + b; }

build.rs（国内镜像加速 + 静态库）

fn main() {
    // 使用 cc  crate 编译 C 代码
    cc::Build::new()
        .file("c_src/mathlib.c")
        .static_flag(true)          // 强制静态链接，避免 .so 路径问题
        .compile("mathlib");        // 输出 libmathlib.a

    // 告诉 cargo 重新编译条件
    println!("cargo:rerun-if-changed=c_src/mathlib.h");
    println!("cargo:rerun-if-changed=c_src/mathlib.c");
}

src/main.rs

// 1. 声明外部函数
#[link(name = "mathlib", kind = "static")]
extern "C" {
    fn add(a: libc::c_int, b: libc::c_int) -> libc::c_int;
}

// 2. 提供安全 Rust 包装
pub fn safe_add(a: i32, b: i32) -> i32 {
    unsafe { add(a, b) }
}

fn main() {
    let sum = safe_add(2, 3);
    println!("2 + 3 = {}", sum);   // 输出 2 + 3 = 5
}

Cargo.toml

[package]
name = "ffi_demo"
version = "0.1.0"
edition = "2021"

[dependencies]
libc = "0.2"

[build-dependencies]
cc = "1.0"

编译验证（国产麒麟 aarch64 示例）

$ cargo build --target aarch64-unknown-linux-gnu --release
$ ./target/aarch64-unknown-linux-gnu/release/ffi_demo
2 + 3 = 5

拓展思考

双向回调：如果 C 库需要注册 Rust 函数作为回调，务必使用 extern "C" fn 并在 no_mangle 后导出；同时设置 panic=abort，防止跨语言 unwind。
结构体字段对齐：国内不少硬件 SDK 使用 #pragma pack(1)，Rust 侧必须用 #[repr(C, packed)] 且 禁止直接借用字段，需先拷贝再使用，否则触发 UB。
异步场景：在 Tokio 运行时中调用阻塞式 C 库，必须用 spawn_blocking 或 block_in_place，避免污染整个调度器；若 C 库本身支持 epoll，可封装为 mio 事件源，实现 零成本异步。
安全审计：国内等保 2.0 要求对 FFI 边界做 内存安全审计，建议开启 -Z sanitizer=address,leak,memory 在 CI 中跑单元测试，提前发现越界与泄漏。