Rust no-std 工程实践

作者：苏胤榕

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 github repo: https://github.com/DaviRain-Su/rust-no-std-source

简介

首先介绍std和no_std的区别，然后介绍使用no_std库的方式，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。其次，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的库为同时支持std和no_std的特性方法。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。

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。

还有一些解释，#![no_std] 是一个crate level 级别的属性，表示core crate将链接到core crate而不是std crate。

下面是std crate和core crate的解释，其实这里也就解释了标准库与和核心库之间的区别。当让也内在的包括了std与no_std之间的区别。

首先是，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。

然后是，core crate是std crate的一个子集，对程序运行的系统不做任何假设。因此它提供了基于语言的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还负责涉及堆栈溢出保护，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，所以它必须初始化自己的运行时，如果需要的话。

由于这些特性，#![no_std]应用程序可以是第一个或者唯一在系统上运行的代码。

Rust中no_std的一些使用方法

主要具体介绍第二种方式的使用no_std

具体如何使用，参见写一个no_std的库的第二种使用方式。

也可参考，实例:serde no-std的使用规范

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

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。

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

使一些不能在no_std环境下运行的仓库也能在no_std下支持

首先，要验证这个库能不能支持no_std的环境（见，验证一个库是否支持no_std的验证方式）。

找出这个库依赖的库支持no_std的方式，如果使用的是#![no_std] 那么这个库本身就是可以在std和no_std下同时的运行。

如果使用的是#![cfg_attr(not(features = "std"), no_std)],就需要打开default-features = false,进行配置。

最后可能需要做一些标准库的替换，使其能在no_std和std同时编译成功，一些可以使用的类型库有sp-std(这个库仅仅封装了一部分的类型，例如有些类型是没有的，string,File, IO)当然,IO,File，这些标准库在核心库当中是没有的。还有rust本身的alloc, core这些都是属于核心库的。也是在no_std环境下支持的。

具体的使用案例:

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