Rozhraní pro cizí funkce - Foreign function interface

A rozhraní cizí funkce (FFI) je mechanismus, kterým je program napsán v jednom programovací jazyk může volat rutiny nebo využívat služby napsané v jiném.

Pojmenování

Termín pochází ze specifikace pro Společný Lisp, který výslovně odkazuje na jazykové funkce pro mezijazyčné hovory jako takové;[1] termín také oficiálně používá Haskell[2] a Krajta programovací jazyky.[3] Jiné jazyky používají jinou terminologii: Programovací jazyk Ada mluví o "jazykové vazby ", zatímco Jáva označuje svůj FFI jako JNI (Nativní rozhraní Java ) nebo JNA (Nativní přístup Java ). Rozhraní cizí funkce se stalo obecnou terminologií pro mechanismy, které takové služby poskytují.

Úkon

Primární funkcí rozhraní cizích funkcí je spojit sémantiku a konvence volání jednoho programovacího jazyka ( hostitel jazyk nebo jazyk, který definuje FFI) se sémantikou a konvencemi jiného (dále jen "FFI") host Jazyk). Tento proces musí rovněž zohledňovat: běhová prostředí a / nebo binární rozhraní aplikace oba. To lze provést několika způsoby:

  • Požadovat, aby byly funkce v jazyce hosta, které mají být k dispozici v hostitelském jazyce, specifikovány nebo implementovány konkrétním způsobem; často používá nějakou knihovnu kompatibility.
  • Použití nástroje k automatickému „zabalení“ funkcí v jazyce hosta vhodným způsobem kód lepidla, který provádí nezbytný překlad.
  • Použití souhrnné knihovny
  • Omezení množiny jazyků hostitele, které lze použít napříč jazyky. Například funkce C ++ volané z C nemusí (obecně) zahrnovat referenční parametry nebo vyvolávat výjimky.

FFI mohou být komplikovány následujícími úvahami:

  • Pokud jeden jazyk podporuje odvoz odpadu (GC) a druhý nikoli; je třeba dbát na to, aby kód jazyka, který není jazykem GC, způsobil selhání GC v druhém. Například v JNI musí kód C, který se „drží“ odkazů na objekty, které přijímá z Javy, „zaregistrovat“ tuto skutečnost u Běhové prostředí Java (JRE); jinak může Java mazat objekty dříve, než s nimi C skončí. (Kód C musí také výslovně uvolnit svůj odkaz na jakýkoli takový objekt, jakmile C tento objekt již nepotřebuje.)
  • Komplikované nebo netriviální objekty nebo datové typy může být obtížné mapovat z jednoho prostředí do druhého.
  • Je možné, že nebude možné, aby oba jazyky udržovaly odkazy na stejnou instanci proměnlivého objektu z důvodu problému s mapováním výše.
  • Na a. Může běžet jeden nebo oba jazyky virtuální stroj (VM); navíc, pokud jsou oba, budou to pravděpodobně různé virtuální počítače.
  • Cross-language dědictví a další rozdíly, například mezi systémy typu nebo mezi modely objektové kompozice, může být obzvláště obtížné.

Podle jazyka

Mezi příklady FFI patří:

  • Ada jazykové vazby, které umožňují nejen volat cizí funkce, ale také exportovat jeho funkce a metody, které mají být volány z jiného kódu než Ada.[4]
  • C ++ má triviální FFI s C, protože jazyky sdílejí významnou společnou podmnožinu. Primárním účinkem externí "C" Deklarace v C ++ je zakázat C ++ mangling jména.
  • Čistý poskytuje obousměrný FFI se všemi následujícími jazyky C nebo stdcall konvence volání.[5][6]
  • CNI, alternativa k JNI používaná v prostředí kompilátoru GNU.
  • D dělá to stejně jako C ++ dělá, s externí "C" prostřednictvím extern (C ++)
  • Šipka zahrnuje šipku: ffi[7] knihovna volat nativní C kód pro mobilní aplikace, aplikace příkazového řádku a server
  • Dynamické jazyky, jako Krajta, Perl, Tcl, a Rubín, všechny poskytují snadný přístup k nativnímu kódu napsanému v C / C ++ (nebo v jakémkoli jiném jazyce, který dodržuje konvence volání C / C ++).
  • Faktor má FFI pro C, Fortran, Cíl-C, a Windows COM; všechny tyto možnosti umožňují dynamický import a volání libovolných sdílených knihoven.
  • FFI z Společný Lisp a Haskell
  • Fortran 2003 má modul ISO_C_BINDING, který poskytuje interoperabilní datové typy (vnitřní typy i struktury POD), interoperabilní ukazatele, interoperabilní globální úložiště dat a mechanismy pro volání C z Fortranu a pro volání Fortranu z C.[8]
  • Jít může volat C kód přímo přes "C" pseudobalíček.[9]
  • GWT, ve kterém je Java kompilován do JavaScriptu, má FFI s názvem JSNI, který umožňuje zdroji Javy volat libovolné funkce JavaScriptu a JavaScript zpětně volat do Javy.
  • JNI, který poskytuje rozhraní mezi Jáva a C / C ++, preferované systémové jazyky na většině systémů, kde je implementována Java. JNA poskytuje rozhraní s nativními knihovnami, aniž byste museli psát kód lepidla. Dalším příkladem je JNR
  • Julie má ccall klíčové slovo pro volání C (a dalších jazyků, např. Fortran);[10] zatímco balíčky, které poskytují podobnou podporu bez varného štítku, jsou k dispozici pro některé jazyky, např. pro Python[11] (např. poskytnout podporu OO a podporu GC), Java (a podporuje další jazyky JDK, jako je Scala) a R. Interaktivní použití s ​​C ++ je také možné s balíčkem Cxx.jl.
  • PHP poskytuje FFI C.[12]
  • Krajta poskytuje typy a cffi moduly. Například modul ctypes může načítat C funkce z sdílené knihovny /DLL průběžně a automaticky překládejte jednoduché datové typy mezi sémantikou Pythonu a C následujícím způsobem:
    import typylibc = typy.CDLL('/lib/libc.so.6')  # V systému Linux / Unixt = libc.čas(Žádný)                   # Ekvivalentní C kód: t = čas (NULL)tisk(t)
  • P / Vyvolání, která poskytuje rozhraní mezi společností Microsoft Common Language Runtime a nativní kód.
  • Raketa má nativní FFI silně založený na makrech, který umožňuje dynamický import libovolných sdílených knihoven.[13][14]
  • Raku může volat Rubín, Krajta, Perl, Brainfuck, Lua, C, C ++, Jít a schéma Lstivost /Gambit [15] [16]
  • Rez také definuje rozhraní cizí funkce.[17]
  • Visual Basic má deklarativní syntaxi, která mu umožňuje volat funkce jiné než Unicode C.
  • Jedna ze základen Komponentní objektový model je běžný formát rozhraní, který pro řetězce a pole nativně používá stejné typy jako Visual Basic.
  • LuaJIT, a právě včas implementace Lua, má FFI, který umožňuje „volání externích funkcí C a používání datových struktur C z čistého kódu Lua“.[18]
  • PhoneGap (byl nazýván jménem Apache Callback, ale nyní Apache Cordova) je platforma pro vytváření nativních mobilních aplikací pomocí HTML, CSS a JavaScript. Kromě toho má FFI prostřednictvím funkcí zpětného volání JavaScriptu pro přístup k metodám a vlastnostem nativních funkcí mobilního telefonu, včetně akcelerometru, fotoaparátu (také PhotoLibrary a SavedPhotoAlbum), kompasu, úložiště (databáze SQL a localStorage), oznámení, médií a snímání (přehrávání a nahrávání nebo audio a video), Soubor, Kontakty (adresář), Události, Informace o zařízení a připojení.[1],[2].
  • Wolfram jazyk poskytuje technologii nazvanou WSTP (Wolfram Symbolic Transfer Protocol), která umožňuje obousměrné volání kódu mezi jinými jazyky s vazbami pro C ++, Java, .NET a další jazyky.

Mnoho FFI lze navíc generovat automaticky: například LOK. Avšak v případě jazyk rozšíření může dojít k sémantické inverzi vztahu hosta a hostitele, když menší tělo rozšířeného jazyka je služba vyvolávající host ve větším těle hostitelského jazyka, například psaní malého pluginu [19] pro GIMP.[20]

Některé FFI jsou omezeny na volné postavení funkce, zatímco ostatní také umožňují volání funkcí vložených do objektu nebo třídy (často nazývaných volání metody ); některé dokonce umožňují migraci složitých datových typů a / nebo objektů přes jazykovou hranici.

Ve většině případů je FFI definován jazykem „vyšší úrovně“, takže může využívat služby definované a implementované v jazyce nižší úrovně, typicky systémový jazyk jako C nebo C ++. To se obvykle provádí buď pro přístup ke službám OS v jazyce, ve kterém je definováno API OS, nebo z hlediska výkonu.

Mnoho FFI také poskytuje prostředky, aby volaný jazyk vyvolal služby také v hostitelském jazyce.

Termín rozhraní cizí funkce se obecně nepoužívá k popisu vícejazyčných běhových časů, jako je Microsoft Common Language Runtime, kde je poskytován společný „substrát“, který umožňuje jakémukoli jazyku kompatibilnímu s CLR používat služby definované v jakémkoli jiném. (V tomto případě však CLR obsahuje FFI, P / Vyvolání, volat mimo runtime.) Kromě toho mnoho distribuovaných výpočetních architektur, jako je Vzdálené vyvolání metody Java (RMI), RPC, CORBA, MÝDLO a D-Bus povolit psaní různých služeb v různých jazycích; takové architektury se obecně nepovažují za FFI.

Speciální případy

Existují některé speciální případy, ve kterých se jazyky kompilují do stejného bytecode VM, jako Clojure a Jáva, stejně jako Elixír a Erlang. Vzhledem k tomu, že neexistuje žádné rozhraní, nejde přesně o FFI, zatímco uživateli nabízí stejné funkce.

Viz také

Reference

  1. ^ „Uživatelská příručka CFFI“. common-lisp.org. Citováno 2015-06-18.
  2. ^ "FFI Úvod". HaskellWiki. Citováno 19. června 2015. Haskellův FFI se používá k volání funkcí z jiných jazyků (v tomto okamžiku v podstatě C) a pro C k volání funkcí Haskell.
  3. ^ „Dokumentace CFFI“. Citováno 19. června 2015. C Rozhraní pro cizí funkce pro Python. Cílem je poskytnout pohodlný a spolehlivý způsob volání kompilovaného C kódu z Pythonu pomocí deklarací rozhraní napsaných v C.
  4. ^ „Rozhraní do jiných jazyků“. Adaic.org. Citováno 2013-09-29.
  5. ^ „Zahraniční export“. Citováno 2020-05-25.
  6. ^ „Volání C z čistého“. Citováno 2018-04-25.
  7. ^ „dart: ffi library“. Citováno 2020-01-01.
  8. ^ "'Fortran-iso-c-binding 'tag wiki ". Přetečení zásobníku.
  9. ^ "cgo - programovací jazyk Go". Citováno 2015-08-23.
  10. ^ „Volání kódu C a Fortran · jazyk Julia“. docs.julialang.org. Citováno 2018-02-11.
  11. ^ PyCall.jl: Balíček pro volání funkcí Pythonu z jazyka Julia, JuliaPy, 08.02.2018, vyvoláno 2018-02-11
  12. ^ "PHP: FFI - manuální". Skupina PHP. Citováno 13. června 2019.
  13. ^ Eli Barzilay. „Zahraniční rozhraní rakety“. Docs.racket-lang.org. Citováno 2013-09-29.
  14. ^ „TR600.pdf“ (PDF). Citováno 2013-09-29.
  15. ^ "Inline implementace". Citováno 2017-08-15.
  16. ^ „Nativní volání“. Citováno 2017-08-15.
  17. ^ "Použití externích funkcí k volání externího kódu". Citováno 2019-06-01.
  18. ^ Mike Pall. "Knihovna FFI". Luajit.org. Citováno 2013-09-29.
  19. ^ "4. Ukázkový skript". Gimp.org. 04.02.2001. Citováno 2013-09-29.
  20. ^ „Script-Fu a doplňky pro GIMP“. Gimp.org. Citováno 2013-09-29.

externí odkazy