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DaviRain-Su/rust-no-std-source

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rust-no-std-source

About Rust no std sources

题目: 改写std的库为支持no_std的库及写出一个支持std和no_std库的经验谈

首先简单介绍std和no_std的区别,
然后介绍使用no_std库方式, 由于支持no_std的特性有两种不同的方式, 因此使用no_std库也有两种方式。 如何验证一个库是否支持no_std特性的验证方式, 如何改写一个std库为支持std和no_std的特性的方法。 具体的如何写一个支持std和no_std的库。 一些在std和no_std下都可以使用的primitive的仓库和相关的资源和文章。

目录

  • std和no_std的区别
  • Rust中使用no_std库的两种方式
  • 验证一个库是否支持no_std特性的验证方式
  • 具体的写一个支持std和no_std的库
  • 一些no_std和std可以使用primitive类型的仓库和相关资源的文章

1. std 和 no_std 的区别

核心库

Rust语言的语法由核心库和标准库共同提供。 其中Rust核心库是标准库的基础。核心库中定义的是Rust语言的核心,不依赖于操作系统和网络等相关的库,甚至不知道堆分配,也不提供并发和I/O

可以通过在模块顶部引入#![no_std]来使用核心库。核心库和标准库的功能有一些重复,包括如下部分:

  • 基础的trait,如Copy、Debug、Display、Option等。
  • 基本原始类型,如bool、char、i8/u8、i16/u16、i32/u32、i64/u64、isize/usize、f32/f64、str、array、slice、tuple、pointer等。
  • 常用功能型数据类型,满足常见的功能性需求,如String、Vec、HashMap、Rc、Arc、Box等。
  • 常用的宏定义,如println!、assert!、panic!、vec!等。 做嵌入式应用开发的时候,核心库是必需的。

标准库

Rust标准库提供应用程序开发所需要的基础和跨平台支持。标准库包含的内容大概如下:

  • 与核心库一样的基本trait、原始数据类型、功能型数据类型和常用宏等,以及与核心库几乎完全一致的API。
  • 并发、I/O和运行时。例如线程模块、用于消息传递的通道类型、Sync trait等并发模块,文件、TCP、UDP、管道、套接字等常见I/O。
  • 平台抽象。os模块提供了许多与操作环境交互的基本功能,包括程序参数、环境变量和目录导航;路径模块封装了处理文件路径的平台特定规则。
  • 底层操作接口,比如 std::mem、std::ptr、std::intrinsics 等,操作内存、指针、调用编译器固有函数。
  • 可选和错误处理类型Option和Result,以及各种迭代器等。

引用自The Embedonomicon #![no_std]是一个crate level 级别的属性, 表示该core crate将链接到core crate而不是std crate, 但这对应用程序来说意味着什么呢?

std crate是Rust的标准库。 它包含的功能假定程序将在操作系统上运行, 而不是直接在裸系统上运行。 std还假定操作系统是一个通用的操作系统, 就像人们在服务器和台式机上看到的那样。 出于这个原因,std为通常在这类操作系统中发现的功能提供了一个标准的API: 线程、文件、套接字、文件系统、进程等等。

另一方面,core crate是std crate 的一个子集, 对程序运行的系统不做任何假设。 因此,它提供了基本语言的API,如浮点、字符串和切片, 以及暴露处理器特性的API,如原子操作和SIMD指令。 然而,它缺乏涉及堆内存分配和I/O的任何API。

对于一个应用程序来说, std所做的不仅仅是提供一种访问操作系统抽象的方式, std还负责设置堆栈溢出保护,处理命令行参数, 以及在程序的主函数被调用之前生成主线程。 一个#![no_std]应用程序缺乏所有这些标准的运行时间, 所以它必须初始化自己的运行时间,如果需要的话。

由于这些特性,#![no_std]应用程序可以是第一个和/或唯一在系统上运行的代码。它可以成为许多标准的Rust应用程序所不可能成为的东西,例如。

  • 操作系统的内核。
  • 固件。
  • 引导器。

2. Rust中no_std的一些使用方法

参见4: 具体的写一个no_std的库

实例:serde no-std的使用规范

3. 验证一个库是否支持no_std的验证方式

cargo check --target wasm32-unknown-unknown

但是wasm环境不一定就是no_std,或者别的编译目标也可以,也就是裸露的编译目标环境不带有任何系统的环境。

参考文档: 使用Rust编写操作系统(一):独立式可执行程序

4. 具体的写一个no_std的库

创建一个no_std库的第一种方式 (使用#![no_std])

使用#![no_std]的话,默认的就是这个库是在no_std环境下的,然而又因为no_std下的库 一般来说都是核心库,而核心库又是标准库的子集,所以声明#![no_std]写出来的库,也可以在 std(标准库环境)下使用。

  1. 创建一个仓库

  2. 使用#![no_std]将这个仓库中的函数能支持在no_std和std下使用

  3. 开始添加一个函数编译报错commit 1

  4. 修复错误commit 2

创建no_std库的第二种方式(使用#![cfg_attr(not(feature = "std"), no_std))

  1. 创建一个仓库
  2. 使用#![cfg_attr(not(feature = "std"), no_std)]
  3. 添加的一些函数和测试

5 使一些不能在no_std环境下运行的仓库也能在no_std下支持

相关的Pr,使ics23支持no_std

有些代码也在no_std写测试很难。因为这里做了编译选择处理

6. 一些no_std和std可以使用的primite类型仓库

7, pallet-node-template 可以测试是否支持no_std特性

引用

rust编程之道核心库和标准库的介绍

rust embeded book

扩展no_std crate的最佳实践

Rust API guidelines

Rust API Guidelines Naming

serde no-std的使用规范

awesome-embedded-rust#no-std-crates

no standard library

serde使用的第二种方式

Rust RFC Book no_std

Rust no-std DAQ

testing-for-no-std-compatibility

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