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Rust：DLL 输出对象的生命周期管理

news 2025/8/18 10:21:29

在 Rust 开发 DLL 时安全地将对象地址传递给 C 语言并保持对象不被析构，需要正确处理所有权和生命周期。以下是详细方案和代码示例：

核心思路

堆分配对象 - 使用 Box 在堆上分配对象
泄漏所有权 - 使用 Box::into_raw 防止 Rust 自动析构
明确所有权协议 - 提供销毁函数由 C 语言调用方管理生命周期
线程安全 - 使用 Send + Sync 确保跨线程安全

完整示例

Rust DLL 实现

// src/lib.rs
use std::sync::Mutex;#[repr(C)]
pub struct Counter {value: Mutex<i32>,  // 内部可变性保证线程安全
}impl Counter {pub fn new(init: i32) -> Self {Counter {value: Mutex::new(init),}}pub fn increment(&self) {let mut lock = self.value.lock().unwrap();*lock += 1;}pub fn get_value(&self) -> i32 {*self.value.lock().unwrap()}
}// 创建对象并返回指针 (所有权转移给调用方)
#[no_mangle]
pub extern "C" fn counter_create(init: i32) -> *mut Counter {Box::into_raw(Box::new(Counter::new(init)))
}// 增加计数器值
#[no_mangle]
pub extern "C" fn counter_increment(counter: *mut Counter) {assert!(!counter.is_null());unsafe { &*counter }.increment();
}// 获取当前值
#[no_mangle]
pub extern "C" fn counter_get_value(counter: *const Counter) -> i32 {assert!(!counter.is_null());unsafe { &*counter }.get_value()
}// 销毁对象（必须由调用方显式调用）
#[no_mangle]
pub extern "C" fn counter_destroy(counter: *mut Counter) {if !counter.is_null() {unsafe { Box::from_raw(counter) }; // 转为 Box 后立即析构}
}

C 语言调用示例

#include <stdio.h>
#include <windows.h>typedef void* CounterHandle;// 声明 DLL 函数
CounterHandle counter_create(int init);
void counter_increment(CounterHandle counter);
int counter_get_value(CounterHandle counter);
void counter_destroy(CounterHandle counter);int main() {HMODULE dll = LoadLibrary("counter.dll");if (!dll) {fprintf(stderr, "Failed to load DLL\n");return 1;}// 获取函数指针CounterHandle (*create)(int) = (CounterHandle(*)(int))GetProcAddress(dll, "counter_create");void (*increment)(CounterHandle) = (void(*)(CounterHandle))GetProcAddress(dll, "counter_increment");int (*get_value)(CounterHandle) = (int(*)(CounterHandle))GetProcAddress(dll, "counter_get_value");void (*destroy)(CounterHandle) = (void(*)(CounterHandle))GetProcAddress(dll, "counter_destroy");// 创建计数器对象CounterHandle counter = create(10);// 使用计数器increment(counter);printf("Current value: %d\n", get_value(counter));  // 输出 11increment(counter);printf("Current value: %d\n", get_value(counter));  // 输出 12// 销毁对象destroy(counter);FreeLibrary(dll);return 0;
}

关键安全措施

所有权转移协议
- counter_create → 将所有权转移给 C 调用方
- counter_destroy → C 调用方交回所有权，触发析构
- 所有其他操作（increment/get_value）只借用不获取所有权
空指针检查
```
assert!(!counter.is_null());
```
防止空指针解引用（在实际项目中可能需要更健壮的错误处理）
线程安全保证
```
use std::sync::Mutex;
```
使用互斥锁确保内部可变性是线程安全的
内存安全
- Box::into_raw 转换后，Rust 停止管理生命周期
- Box::from_raw 恢复所有权后立即析构
FFI 安全
```
#[repr(C)]
pub struct Counter { ... }
```
保证 C 兼容的内存布局

生命周期管理建议

强制销毁协议
- 在文档中明确要求 C 调用方必须调用 counter_destroy
- 可使用 RAII 封装（如 C++ 的 unique_ptr）管理对象生命周期
避免跨 DLL 边界析构
- 所有内存操作应在同一 DLL 模块中进行
- 建议对象创建和销毁都在 Rust DLL 中完成

版本兼容

当修改对象结构时：

#[repr(C)]
pub struct CounterV2 {// 不要修改现有字段顺序value: Mutex<i32>,// 新增字段永远放在末尾max_value: i32, 
}

替代方案：引用计数

如果需要共享所有权，可考虑 Arc：

#[no_mangle]
pub extern "C" fn counter_create_arc(init: i32) -> *const Counter {Arc::into_raw(Arc::new(Counter::new(init)))
}#[no_mangle]
pub extern "C" fn counter_clone(counter: *const Counter) -> *const Counter {unsafe { Arc::increment_strong_count(counter) };counter
}#[no_mangle]
pub extern "C" fn counter_destroy_arc(counter: *const Counter) {unsafe { Arc::decrement_strong_count(counter) };
}