從Rustup出發看Rust編譯生態

1. Rust和LLVM的關系是怎樣的？

2. Rustup中targets是什么，為什么可以安裝多個？

3. Rust在windows上為什么需要安裝Visual studio？

4. Rust工具鏈有哪些工具？

當你心血來潮想學習Rust這門語言時，一定會用到Rustup來安裝Rust。同時你可以會疑問toolchain是啥，target又是啥，為啥學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的嘮叨Rustup的細致末節，我們會簡單的介紹它可以用來干什么，關于細節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。總的來說有如下能力：

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命令切換默認的 Rust 版本。rustup default stable

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

3.管理目標（Targets）：

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

?列出已安裝的目標：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命令可以查看有關當前 Rust 環境的詳細信息，包括已安裝的工具鏈、組件等。rustup show

通過上面的內容我們知道了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）、構建工具（cargo）、文檔生成工具（rustdoc）以及其他與 Rust 相關的實用程序。Toolchain用于管理和構建 Rust 代碼，并且可以包括一個特定版本的 Rust 編譯器和標準庫，還包含一個默認是編譯到本機平臺的target。工具鏈的版本可以是 "stable"（穩定版）、"beta"（測試版）或 "nightly"（每日構建版），每個版本都對應著不同的 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
#設置默認的toolchain
rustupdefaultstable
#列出已經安裝的toolchain
rustuptoolchainlist
#更新到最新穩定版
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這個目錄下。

1.rustc:Rust編譯器，負責將Rust源代碼編譯為機器碼。它是Rust的主要編譯器，也是構建Rust程序的關鍵組件。

2.Cargo:Rust的構建系統和包管理器。Cargo簡化了項目的創建、依賴管理和構建過程。它還提供了一組命令用于構建、運行測試、發布和安裝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，幫助開發者編寫和維護文檔。

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的Rust版本，以適應項目的需求。

6.rls (Rust Language Server):提供了與IDE（集成開發環境）集成所需的功能，例如代碼補全、跳轉到定義、查找引用等。支持的IDE包括Visual Studio Code、Atom等。

7.cargo-make:用于創建和運行自定義構建任務的工具。它允許開發者在構建過程中執行自定義的命令和腳本。

8.miri:Rust的Mir Interpreter，用于執行和測試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存安全問題。

這只是Rust工具鏈中的一部分工具。Rust社區積極發展和維護工具鏈，以提高開發者的工作效率，并確保Rust代碼的質量和安全性。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和交叉編譯，以確保 Rust 代碼可以在不同的操作系統和架構上正確運行。Rustc target指的是編譯和構建目標平臺Rust代碼時需要的組件。不要混淆為Rust項目編譯后產生的target文件夾。它的格式表示為：---。其中：

?表示架構（例如，x86_64 表示 64 位的 x86 架構）。

?表示供應商（一般為空）。

?表示操作系統（例如，linux、windows、macos 等）。

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

示例：

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

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

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

?wasm32-unknown-unknown: WebAssembly 目標。

一般來說只需要rustup target add命令安裝某個目標平臺組件即可，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：rustup target add

?列出已安裝的目標：rustup target list

我在初學rust時，就經常混淆toolchain和target。現在我們知道了target是toolchain的一部分，編譯到特定目標平臺要使用對應目標平臺的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編譯器實際上是由多個組件組成的，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）：這一部分負責將Rust源代碼轉換為中間表示（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是一個開源的編譯器基礎設施，提供了許多通用的優化和代碼生成工具。LLVM將MIR轉換為目標機器的機器碼，并執行一系列優化，以生成最終的可執行文件。

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繼續把MIR先編譯成LLVM IR進而編譯為目標平臺的機器碼（此時還不是執行文件，只是一堆機器碼）。往后就是target發揮作用了，target調用msvc或gnu來完成鏈接步驟，主要是鏈接目標平臺庫文件并生成可執行文件。這里整個編譯過程幾乎都是由rustc.exe完成的，因為它包含了llvm和調用target的代碼，跟目標平臺相關的工作則是由msvc或gnu來完成。msvc和gnu是c/c++的編譯工具鏈，編譯后的最終產物就是可執行文件或庫，rustc在編譯后期用到了它們提供的功能。

整個編譯過程大致如下：

Source code -> MIR -> LLVM IR -> 機器碼 -> Target鏈接 -> 可執行文件或庫

Go編譯器是自己實現了鏈接目標平臺的工作，因此不需要msvc或gnu。Java也是類似，所有的底層工作都是Java虛擬機實現的，javac僅僅是把源碼編譯成class字節碼就結束了。

審核編輯：黃飛