如何使用结构体

Question

我正在尝试从用 C 编写的共享库返回结构。这是简单的代码，用于测试返回结构和简单的 int32,libstruct.c编译者gcc -shared -Wl,-soname,libstruct.so.1 -o libstruct.so.1 libstruct.c：

#include <stdint.h>

int32_t newint(int32_t arg) {
    return arg;
}

struct MyStruct {
    int32_t member;
};
struct MyStruct newstruct(int32_t arg) {
    struct MyStruct myStruct;
    myStruct.member = arg;
    return(myStruct);
}

我可以通过简单的 C 程序来使用这个库，该程序usestruct.c由以下代码编译gcc -o usestruct usestruct.c ./libstruct.so.1：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

struct MyStruct {
    int32_t member;
};
extern struct MyStruct newstruct(int32_t);
extern int32_t newint(int32_t);

int main() {
    printf("%d\n", newint(42));
    struct MyStruct myStruct;
    myStruct = newstruct(42);
    printf("%d\n", myStruct.member);
    return 0;
}

我可以使用 启动它LD_LIBRARY_PATH=./ ./usestruct，它工作正常，打印两个值。现在，让我们在 raku 中编写类似的程序usestruct.raku：

#!/bin/env raku
use NativeCall;

sub newint(int32) returns int32 is native('./libstruct.so.1') { * }
say newint(42);

class MyStruct is repr('CStruct') {
    has int32 $.member;
}
sub newstruct(int32) returns MyStruct is native('./libstruct.so.1') { * }
say newstruct(42).member;

首先打印42，但随后因分段错误而终止。

在 C 中，这个例子有效，但我不是 C 专家，也许我忘记了一些东西，一些编译选项？或者这是乐道的一个错误？

Answer 1

NativeCall 接口要求使用指针进行 C 结构的事务：

CStruct 对象通过引用传递给本机函数，本机函数也必须通过引用返回 CStruct 对象。

但是，您的 C 函数会按值返回一个新结构。然后，我猜想，这被尝试解释为内存地址，因为它需要一个指针，并尝试从野生内存区域读取/写入，因此出现段错误。

您可以将函数指针化为：

struct MyStruct* newstruct(int32_t val) {
    /* dynamically allocating now */
    struct MyStruct *stru = malloc(sizeof *stru);
    stru->member = val;
    return stru;
}

位于#include <stdlib.h>最顶部的malloc. Raku 程序本质上与一些美学上的模数相同：

# prog.raku
use NativeCall;

my constant LIB = "./libstruct.so";

class MyStruct is repr("CStruct") {
    has int32 $.member;
}

# C bridge
sub newint(int32) returns int32 is native(LIB) { * }
sub newstruct(int32) returns MyStruct is native(LIB) { * }

say newint(42);

my $s := newstruct(84);
say $s;
say $s.member;

我们构建 lib 并运行 Raku 程序以获得

$ gcc -Wall -Wextra -pedantic -shared -o libstruct.so -fPIC mod_struct.c
$ raku prog.raku
42
MyStruct.new(member => 84)
84

（擅自将C文件重命名为“mod_struct.c”）

看起来不错。但有一个问题：既然进行了动态分配，就产生了将其返还的责任。我们需要自己用 C 桥 Freer 来做：

当基于 CStruct 的类型用作本机函数的返回类型时，GC 不会为您管理内存。

所以

$ gcc -Wall -Wextra -pedantic -shared -o libstruct.so -fPIC mod_struct.c
$ raku prog.raku
42
MyStruct.new(member => 84)
84

请注意，由于结构本身对其成员没有动态分配（因为它只有一个整数），因此我们没有进行进一步的释放。

现在 Raku 程序需要意识到这一点，并使用它：

/* addendum to mod_struct.c */
void free_struct(struct MyStruct* s) {
    free(s);
}

输出如下

42
MyStruct.new(member => 84)
84
successfully freed struct

手动跟踪 MyStruct 对象并记住在一段时间后释放它们可能很麻烦；那就是写C！在 Raku 级别中，我们已经有一个代表结构的类；然后我们可以向它添加一个DESTROY子方法，只要垃圾收集器认为有必要，它就会释放自己：

# prog.raku
use NativeCall;

my constant LIB = "./libstruct.so";

class MyStruct is repr("CStruct") {
    has int32 $.member;
}

# C bridge
sub newint(int32) returns int32 is native(LIB) { * }
sub newstruct(int32) returns MyStruct is native(LIB) { * }
sub free_struct(MyStruct) is native(LIB) { * };   # <-- new!

say newint(42);

my $s := newstruct(84);
say $s;
say $s.member;

# ... after some time
free_struct($s);
say "successfully freed struct";

通过此添加，不需要手动调用free_struct（事实上，最好不要，因为它可能导致双重释放，这是 C 级别上未定义的行为）。

PS 你的主 C 文件可能会被修改，例如，头文件似乎是有序的，但这超出了范围，或者这只是一个谁知道的说明性示例。无论哪种情况，感谢您提供 MRE 并欢迎访问该网站。

Answer 2

除了很棒的@Mustafa 的回答。

我找到了另一种方法来解决我的问题：我们可以在 raku 中分配结构并将其传递给 C 函数。这是一个示例，文件mod_struct.c：

#include <stdint.h>

struct MyStruct {
    int32_t member;
};
void writestruct(struct MyStruct *outputStruct, int32_t arg) {
    outputStruct->member = arg;
}

文件usestruct.raku：

#!/bin/env raku
use NativeCall;

class MyStruct is repr('CStruct') {
    has int32 $.member;
}
sub writestruct(MyStruct is rw, int32) is native('./libstruct.so') { * }

my $myStruct = MyStruct.new;
writestruct($myStruct, 42);
say $myStruct.member;

编译并运行它：

$ gcc -Wall -Wextra -pedantic -shared -o libstruct.so -fPIC mod_struct.c
$ ./usestruct.raku
42