Scala Native 项目中的原生代码互操作指南

Scala Native 项目中的原生代码互操作指南

scala-native Your favorite language gets closer to bare metal. 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/sc/scala-native

概述

Scala Native 是一个将 Scala 代码编译为原生机器码的项目，它提供了强大的原生代码互操作能力。本文将深入探讨 Scala Native 如何与 C 语言及其他通过 C ABI 暴露接口的语言（如 C++、D、Rust 等）进行交互。

外部对象（Extern Objects）

外部对象是 Scala Native 中与 C 代码交互的核心机制，它们类似于 C 语言中的头文件声明。

基本用法

import scala.scalanative.unsafe._

@extern
object libc {
  def malloc(size: CSize): Ptr[Byte] = extern
}

关键点：

• @extern 注解标记这是一个外部对象
• extern 关键字表示方法实现在外部库中
• 方法签名必须与 C 函数完全匹配

类型映射表

Scala Native 提供了与 C 类型对应的 Scala 类型：

| C 类型 | Scala 类型 | |---------------------|--------------------------| | void | Unit | | int | CInt | | char* | CString | | int (*)(int) | CFuncPtr1[CInt, CInt] | | struct {...}* | Ptr[CStructN[...]] |

与原生库链接

@link 注解

使用 @link 注解指定需要链接的库：

@link("mylib")
@extern
object mylib {
  def f(): Unit = extern
}

注意：

• 库名省略 lib 前缀
• 当对象成员被引用时，链接器会自动链接对应库

函数重命名

使用 @name 注解可以遵循 Scala 命名规范：

@link("uv")
@extern
object uv {
  @name("uv_uptime")
  def uptime(result: Ptr[CDouble]): Int = extern
}

可变参数函数

Scala Native 支持 C 的可变参数函数：

@extern
object mystdio {
  def vprintf(format: CString, args: CVarArgList): CInt = extern
  def printf(format: CString, args: Any*): CInt = extern
}

限制：

• ... 参数必须直接传递给外部函数或内联
• 不能传递序列到可变参数

导出方法

当 Scala Native 作为库使用时，可以导出方法供外部调用：

object myLib {
  @exported
  def addLongs(l: Long, r: Long): Long = l + r
  
  @exportAccessors("current_count", "set_counter")
  var counter: Int = 0
}

注意：

• 必须调用 ScalaNativeInit 函数初始化
• 动态库会自动初始化

指针类型

Ptr[T] 是 Scala Native 中的指针类型，操作与 C 类似：

| 操作 | C 语法 | Scala 语法 | |---------------|-------------|-------------| | 取值 | *ptr | !ptr | | 赋值 | *ptr=val | !ptr=val | | 指针算术 | ptr+i | ptr+i | | 数组访问 | ptr[i] | ptr(i) |

函数指针

处理 C 函数指针：

def test(f: CFuncPtr1[CString, Unit]): Unit = extern

创建函数指针：

val func: CFuncPtr1[CString, CInt] = CFuncPtr.fromPtr(ptr)
val lambdaPtr: CFuncPtr0[Unit] = () => println("Hi!")

内存管理

区域分配（推荐）

Zone {
  val buffer = alloc[Byte](n)
  // 自动释放
}

特点：

• 内存自动释放
• 适合临时分配
• 不能逃逸出 Zone 范围

栈分配

val buffer = stackalloc[Byte](256)

特点：

• 方法返回时自动释放
• 性能高但限制多

手动堆分配

val ptr = libc.malloc(size)
// ...
libc.free(ptr)

注意：

• 必须手动释放
• 容易导致内存泄漏

内存布局类型

结构体

val ptr = stackalloc[CStruct2[Int, Int]]()
ptr._1 = 10  // 访问第一个字段

数组

val arr = stackalloc[CArray[Byte, _1024]]()

字节字符串

val msg: CString = c"Hello, world!"
stdio.printf(msg)

转换方法：

• fromCString: C 字符串转 Scala 字符串
• toCString: Scala 字符串转 C 字符串

平台特定类型

Size 和 USize 类型会根据平台自动调整：

• 32 位平台：32 位
• 64 位平台：64 位

最佳实践

1. 优先使用 Zone 分配内存
2. 避免指针逃逸
3. 仔细检查类型映射
4. 及时释放手动分配的内存
5. 使用 @name 保持命名一致性

通过掌握这些互操作技术，开发者可以在 Scala Native 项目中高效地集成现有的 C 库和系统 API，同时保持 Scala 语言的优雅特性。

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