从 Rustup 出发看 Rust 语言的编译生态

1. 1. rust 和 llvm 的关系是怎样的？

2. 2. rustup 中 targets 是什么，为什么可以安装多个？

3. 3. rust 在 windows 上为什么需要安装 visual studio？

4. 4. rust 工具链有哪些工具？

当你心血来潮想学习 Rust 这门语言时，一定会用到 Rustup 来安装 Rust。同时你可以会疑问toolchain是啥，target又是啥，为啥学其它编程语言没有这些概念，下面我们就一一解答你的疑问。

rustup 是什么

在这里不会事无巨细的唠叨 Rustup 的细致末节，我们会简单的介绍它可以用来干什么，关于细节可以查看我的这篇文章【Rustup 详解】。说到 Rustup 你一定还想知道 Cargo 这个工具，如果你感兴趣可以看这篇文档【cargo 入门】（先占位，呼声高我再肝[斜眼😀]）

接下来我们就来看看，Rustup 为我们编写 Rust 代码提供那哪些便利。

Rustup 是 Rust 的官方工具链管理器，它提供了一种方便的方式来安装、管理和切换不同的 Rust 工具链版本。总的来说有如下能力：

1. 1. 安装 Rust：• rustup 允许你轻松地安装最新版本的 Rust，包括稳定版、beta 版和 nightly 版。 rustup install stable
   

2. 2. 切换 Rust 工具链版本：• 你可以使用 rustup default 命令切换默认的 Rust 版本。 rustup default stable• 也可以在项目级别使用 .rust-version 文件指定特定的 Rust 版本。

3. 3. 管理目标（Targets）：• rustup 允许你安装不同的目标，以支持交叉编译和在不同的平台上运行 Rust 代码。 rustup target add <target>• 列出已安装的目标： rustup target list
   

4. 4. 升级 Rust 工具链版本：• 使用 rustup update 命令可以升级已安装的 Rust 工具链版本。 rustup update
   

5. 5. 卸载 Rust：• rustup 允许你卸载 Rust，并清理相关的工具链和组件。 rustup self uninstall
   

6. 6. 组件管理：• rustup 允许你安装和管理不同的 Rust 组件，如 rust-src、rust-analysis 等。 rustup component add rust-src
   

7. 7. 查看工具链信息：• 使用 rustup show 命令可以查看有关当前 Rust 环境的详细信息，包括已安装的工具链、组件等。 rustup show
   

通过上面的内容我们知道了Rustup可以管理toolchain和target，那么toolchain和target究竟是什么呢?

Toolchain

toolchain指一组 Rust 工具，包括编译器（rustc）、构建工具（cargo）、文档生成工具（rustdoc）以及其他与 Rust 相关的实用程序。Toolchain 用于管理和构建 Rust 代码，并且可以包括一个特定版本的 Rust 编译器和标准库，还包含一个默认是编译到本机平台的target。 工具链的版本可以是 "stable"（稳定版）、"beta"（测试版）或 "nightly"（每日构建版），每个版本都对应着不同的 Rust 编译器和特性。

下面这些常用的命令可以操作工具链：

# 安装新的toolchainrustup install stable# 设置默认的toolchainrustup default stable# 列出已经安装的toolchainrustup toolchain list# 更新到最新稳定版rustup update stable# 更新到指定版本rustup update <version># 显示toolchain和targetsrustup show

下面这些就是工具链中的工具命令了，它们通常存储在~/.cargo/bin这个目录下。

1. 1. rustc: Rust 编译器，负责将 Rust 源代码编译为机器码。它是 Rust 的主要编译器，也是构建 Rust 程序的关键组件。

2. 2. Cargo: Rust 的构建系统和包管理器。Cargo 简化了项目的创建、依赖管理和构建过程。它还提供了一组命令用于构建、运行测试、发布和安装 Rust 程序。

3. 3. rustdoc: Rust 的文档生成工具。通过使用特定的注释格式，rustdoc 能够生成漂亮的文档，帮助开发者编写和维护文档。

4. 4. rustfmt: 代码格式化工具，用于保持 Rust 代码的一致性和可读性。它能够格式化代码，使其符合 Rust 语言的约定。

5. 5. rustup: Rust 的工具链管理器，用于安装、升级和管理 Rust 的不同版本。它还允许你切换默认的 Rust 版本，以适应项目的需求。

6. 6. rls (Rust Language Server): 提供了与 IDE（集成开发环境）集成所需的功能，例如代码补全、跳转到定义、查找引用等。支持的 IDE 包括 Visual Studio Code、Atom 等。

7. 7. cargo-make: 用于创建和运行自定义构建任务的工具。它允许开发者在构建过程中执行自定义的命令和脚本。

8. 8. miri: Rust 的 Mir Interpreter，用于执行和测试 Rust 程序在 MIR（Mid-level Intermediate Representation）级别的代码。Miri 有助于检测一些可能的内存安全问题。

这只是 Rust 工具链中的一部分工具。Rust 社区积极发展和维护工具链，以提高开发者的工作效率，并确保 Rust 代码的质量和安全性。你可以通过查阅 Rust 官方文档或使用cargo --list命令查看完整的工具列表。

Rustc target 介绍

Rust 中的 target 概念主要是为了支持跨平台开发和交叉编译，以确保 Rust 代码可以在不同的操作系统和架构上正确运行。Rustc target指的是编译和构建目标平台 Rust 代码时需要的组件。不要混淆为 Rust 项目编译后产生的 target 文件夹。 它的格式表示为：<arch>-<vendor>-<sys>-<abi>。其中：

• • <arch> 表示架构（例如，x86_64 表示 64 位的 x86 架构）。

• • <vendor> 表示供应商（一般为空）。

• • <sys> 表示操作系统（例如，linux、windows、macos 等）。

• • <abi> 表示二进制接口（例如，默认的是 "gnu"，也可以是 "musl"、"msvc" 等）。

示例：

• • x86_64-unknown-linux-gnu: 64 位 x86 架构，Linux 操作系统。

• • i686-pc-windows-msvc: 32 位 x86 架构，Windows 操作系统，使用 MSVC 编译器。

• • aarch64-apple-ios: 64 位 ARM 架构，iOS 操作系统。

• • wasm32-unknown-unknown: WebAssembly 目标。

一般来说只需要rustup target add 命令安装某个目标平台组件即可，但对于一些特殊平台，可能需要手动安装相关的交叉编译工具链，例如 windows msvc 或者 android NDK。

下面是操作 Target 常用的命令：

# 列出可用的targetrustup target list# 安装一个新的rustup target add <target>rustup target add x86_64-unknown-linux-gnu# 把代码编译到指定平台cargo build --target x86_64-unknown-linux-gnu

• • 安装新目标：rustup target add <target>
  

• • 列出已安装的目标：rustup target list
  

我在初学 rust 时，就经常混淆 toolchain 和 target。现在我们知道了 target 是 toolchain 的一部分，编译到特定目标平台要使用对应目标平台的target。

Rust 编译器中的 LLVM、msvc、GNU

你可能听说过 Rust 编译器后端使用了 LLVM，那为何还需要 msvc 和 gnu 呢，为啥 Go 和 Java 这些语言不需要呢？那我们来理一下 Rust 编译过程你就清楚了。

Rust 编译器实际上是由多个组件组成的，其中之一是“rustc”做为前端编译器，而编译器的后端使用了 LLVM。

1. 1. 前端编译器（rustc）： 这一部分负责将 Rust 源代码转换为中间表示（Intermediate Representation，IR），该表示形式在 Rust 中称为“MIR”（Mid-level Intermediate Representation）。

2. 2. 后端编译器（LLVM）： MIR 然后被传递给 LLVM，LLVM 是一个开源的编译器基础设施，提供了许多通用的优化和代码生成工具。LLVM 将 MIR 转换为目标机器的机器码，并执行一系列优化，以生成最终的可执行文件。

以 Windows 平台为例，Rust 编译器就是 rustc.exe，它首先会把源码编译为 MIR，然后交给 LLVM 处理，LLVM 继续把 MIR 先编译成 LLVM IR 进而编译为目标平台的机器码（此时还不是执行文件，只是一堆机器码）。往后就是 target 发挥作用了，target 调用 msvc 或 gnu 来完成链接步骤，主要是链接目标平台库文件并生成可执行文件。这里整个编译过程几乎都是由rustc.exe完成的，因为它包含了 llvm 和调用 target 的代码，跟目标平台相关的工作则是由 msvc 或 gnu 来完成。 msvc 和 gnu 是 c/c++的编译工具链，编译后的最终产物就是可执行文件或库，rustc 在编译后期用到了它们提供的功能。

整个编译过程大致如下：

Source code -> MIR -> LLVM IR -> 机器码 -> Target 链接 -> 可执行文件或库

Go 编译器是自己实现了链接目标平台的工作，因此不需要 msvc 或 gnu。 Java 也是类似，所有的底层工作都是 Java 虚拟机实现的，javac 仅仅是把源码编译成 class 字节码就结束了。

下篇文章写如何与现有 Lib 交互也就是 RUST-FFI