從Rustup出發(fā)看Rust編譯生態(tài)

從Rustup出發(fā)看Rust編譯生態(tài)

1. Rust和LLVM的關(guān)系是怎樣的？

2. Rustup中targets是什么，為什么可以安裝多個(gè)？

3. Rust在windows上為什么需要安裝Visual studio？

4. Rust工具鏈有哪些工具？

當(dāng)你心血來潮想學(xué)習(xí)Rust這門語言時(shí)，一定會用到Rustup來安裝Rust。同時(shí)你可以會疑問toolchain是啥，target又是啥，為啥學(xué)其它編程語言沒有這些概念，下面我們就一一解答你的疑問。

rustup是什么

在這里不會事無巨細(xì)的嘮叨Rustup的細(xì)致末節(jié)，我們會簡單的介紹它可以用來干什么，關(guān)于細(xì)節(jié)可以查看我的這篇文章【Rustup詳解】。說到Rustup你一定還想知道Cargo這個(gè)工具，如果你感興趣可以看這篇文檔【cargo入門】（先占位，呼聲高我再肝[斜眼]）

接下來我們就來看看，Rustup為我們編寫Rust代碼提供那哪些便利。

Rustup是 Rust 的官方工具鏈管理器，它提供了一種方便的方式來安裝、管理和切換不同的Rust工具鏈版本?？偟膩碚f有如下能力：

1.安裝 Rust：

?rustup允許你輕松地安裝最新版本的 Rust，包括穩(wěn)定版、beta 版和 nightly 版。rustup install stable

2.切換 Rust 工具鏈版本：

?你可以使用rustup default命令切換默認(rèn)的 Rust 版本。rustup default stable

?也可以在項(xiàng)目級別使用.rust-version文件指定特定的 Rust 版本。

3.管理目標(biāo)（Targets）：

?rustup允許你安裝不同的目標(biāo)，以支持交叉編譯和在不同的平臺上運(yùn)行 Rust 代碼。rustup target add

?列出已安裝的目標(biāo)：rustup target list

4.升級 Rust 工具鏈版本：

?使用rustup update命令可以升級已安裝的 Rust 工具鏈版本。rustup update

5.卸載 Rust：

?rustup允許你卸載 Rust，并清理相關(guān)的工具鏈和組件。rustup self uninstall

6.組件管理：

?rustup允許你安裝和管理不同的 Rust 組件，如rust-src、rust-analysis等。rustup component add rust-src

7.查看工具鏈信息：

?使用rustup show命令可以查看有關(guān)當(dāng)前 Rust 環(huán)境的詳細(xì)信息，包括已安裝的工具鏈、組件等。rustup show

通過上面的內(nèi)容我們知道了Rustup可以管理toolchain和target，那么toolchain和target究竟是什么呢?

Toolchain

toolchain指一組Rust工具，包括編譯器（rustc）、構(gòu)建工具（cargo）、文檔生成工具（rustdoc）以及其他與 Rust 相關(guān)的實(shí)用程序。Toolchain用于管理和構(gòu)建 Rust 代碼，并且可以包括一個(gè)特定版本的 Rust 編譯器和標(biāo)準(zhǔn)庫，還包含一個(gè)默認(rèn)是編譯到本機(jī)平臺的target。工具鏈的版本可以是 "stable"（穩(wěn)定版）、"beta"（測試版）或 "nightly"（每日構(gòu)建版），每個(gè)版本都對應(yīng)著不同的 Rust 編譯器和特性。

下面這些常用的命令可以操作工具鏈：

#安裝新的toolchain
rustupinstallstable
#設(shè)置默認(rèn)的toolchain
rustupdefaultstable
#列出已經(jīng)安裝的toolchain
rustuptoolchainlist
#更新到最新穩(wěn)定版
rustupupdatestable
#更新到指定版本
rustupupdate
#顯示toolchain和targets
rustupshow

下面這些就是工具鏈中的工具命令了，它們通常存儲在~/.cargo/bin這個(gè)目錄下。

1.rustc:Rust編譯器，負(fù)責(zé)將Rust源代碼編譯為機(jī)器碼。它是Rust的主要編譯器，也是構(gòu)建Rust程序的關(guān)鍵組件。

2.Cargo:Rust的構(gòu)建系統(tǒng)和包管理器。Cargo簡化了項(xiàng)目的創(chuàng)建、依賴管理和構(gòu)建過程。它還提供了一組命令用于構(gòu)建、運(yùn)行測試、發(fā)布和安裝Rust程序。

3.rustdoc:Rust的文檔生成工具。通過使用特定的注釋格式，rustdoc能夠生成漂亮的文檔，幫助開發(fā)者編寫和維護(hù)文檔。

4.rustfmt:代碼格式化工具，用于保持Rust代碼的一致性和可讀性。它能夠格式化代碼，使其符合Rust語言的約定。

5.rustup:Rust的工具鏈管理器，用于安裝、升級和管理Rust的不同版本。它還允許你切換默認(rèn)的Rust版本，以適應(yīng)項(xiàng)目的需求。

6.rls (Rust Language Server):提供了與IDE（集成開發(fā)環(huán)境）集成所需的功能，例如代碼補(bǔ)全、跳轉(zhuǎn)到定義、查找引用等。支持的IDE包括Visual Studio Code、Atom等。

7.cargo-make:用于創(chuàng)建和運(yùn)行自定義構(gòu)建任務(wù)的工具。它允許開發(fā)者在構(gòu)建過程中執(zhí)行自定義的命令和腳本。

8.miri:Rust的Mir Interpreter，用于執(zhí)行和測試Rust程序在MIR（Mid-level Intermediate Representation）級別的代碼。Miri有助于檢測一些可能的內(nèi)存安全問題。

這只是Rust工具鏈中的一部分工具。Rust社區(qū)積極發(fā)展和維護(hù)工具鏈，以提高開發(fā)者的工作效率，并確保Rust代碼的質(zhì)量和安全性。你可以通過查閱Rust官方文檔或使用cargo --list命令查看完整的工具列表。

Rustc target介紹

Rust 中的target概念主要是為了支持跨平臺開發(fā)和交叉編譯，以確保 Rust 代碼可以在不同的操作系統(tǒng)和架構(gòu)上正確運(yùn)行。Rustc target指的是編譯和構(gòu)建目標(biāo)平臺Rust代碼時(shí)需要的組件。不要混淆為Rust項(xiàng)目編譯后產(chǎn)生的target文件夾。它的格式表示為：---。其中：

?表示架構(gòu)（例如，x86_64 表示 64 位的 x86 架構(gòu)）。

?表示供應(yīng)商（一般為空）。

?表示操作系統(tǒng)（例如，linux、windows、macos 等）。

?表示二進(jìn)制接口（例如，默認(rèn)的是 "gnu"，也可以是 "musl"、"msvc" 等）。

示例：

?x86_64-unknown-linux-gnu: 64位 x86 架構(gòu)，Linux 操作系統(tǒng)。

?i686-pc-windows-msvc: 32位 x86 架構(gòu)，Windows 操作系統(tǒng)，使用 MSVC 編譯器。

?aarch64-apple-ios: 64位 ARM 架構(gòu)，iOS 操作系統(tǒng)。

?wasm32-unknown-unknown: WebAssembly 目標(biāo)。

一般來說只需要rustup target add命令安裝某個(gè)目標(biāo)平臺組件即可，但對于一些特殊平臺，可能需要手動安裝相關(guān)的交叉編譯工具鏈，例如windows msvc或者android NDK。

下面是操作Target常用的命令：

#列出可用的target
rustuptargetlist
#安裝一個(gè)新的rustuptargetadd
rustuptargetaddx86_64-unknown-linux-gnu
#把代碼編譯到指定平臺
cargobuild--targetx86_64-unknown-linux-gnu

?安裝新目標(biāo)：rustup target add

?列出已安裝的目標(biāo)：rustup target list

我在初學(xué)rust時(shí)，就經(jīng)?；煜齮oolchain和target。現(xiàn)在我們知道了target是toolchain的一部分，編譯到特定目標(biāo)平臺要使用對應(yīng)目標(biāo)平臺的target。

Rust編譯器中的LLVM、MSVC、GNU

你可能聽說過Rust編譯器后端使用了LLVM，那為何還需要msvc和gnu呢，為啥Go和Java這些語言不需要呢？那我們來理一下Rust編譯過程你就清楚了。

Rust編譯器實(shí)際上是由多個(gè)組件組成的，其中之一是“rustc”做為前端編譯器，而編譯器的后端使用了LLVM。

1.前端編譯器（rustc）：這一部分負(fù)責(zé)將Rust源代碼轉(zhuǎn)換為中間表示（Intermediate Representation，IR），該表示形式在Rust中稱為“MIR”（Mid-level Intermediate Representation）。

2.后端編譯器（LLVM）：MIR然后被傳遞給LLVM，LLVM是一個(gè)開源的編譯器基礎(chǔ)設(shè)施，提供了許多通用的優(yōu)化和代碼生成工具。LLVM將MIR轉(zhuǎn)換為目標(biāo)機(jī)器的機(jī)器碼，并執(zhí)行一系列優(yōu)化，以生成最終的可執(zhí)行文件。

以Windows平臺為例，Rust編譯器就是rustc.exe，它首先會把源碼編譯為MIR，然后交給LLVM處理，LLVM繼續(xù)把MIR先編譯成LLVM IR進(jìn)而編譯為目標(biāo)平臺的機(jī)器碼（此時(shí)還不是執(zhí)行文件，只是一堆機(jī)器碼）。往后就是target發(fā)揮作用了，target調(diào)用msvc或gnu來完成鏈接步驟，主要是鏈接目標(biāo)平臺庫文件并生成可執(zhí)行文件。這里整個(gè)編譯過程幾乎都是由rustc.exe完成的，因?yàn)樗薼lvm和調(diào)用target的代碼，跟目標(biāo)平臺相關(guān)的工作則是由msvc或gnu來完成。msvc和gnu是c/c++的編譯工具鏈，編譯后的最終產(chǎn)物就是可執(zhí)行文件或庫，rustc在編譯后期用到了它們提供的功能。

整個(gè)編譯過程大致如下：

Source code -> MIR -> LLVM IR -> 機(jī)器碼 -> Target鏈接 -> 可執(zhí)行文件或庫

Go編譯器是自己實(shí)現(xiàn)了鏈接目標(biāo)平臺的工作，因此不需要msvc或gnu。Java也是類似，所有的底層工作都是Java虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)的，javac僅僅是把源碼編譯成class字節(jié)碼就結(jié)束了。

審核編輯：黃飛