Rust 為嵌入式軟件提供高性能、高可靠性和強大的安全性，并幫助開發人員檢查并減少復雜、低級應用程序常見的內存和線程錯誤。憑借這些明顯的優勢，Rust 在嵌入式軟件開發人員中越來越受歡迎。同樣，作為跨平臺嵌入式應用程序的框架之一，Qt 為嵌入式領域帶來了強大的業務邏輯功能。由于 Rust 還沒有的圖形用戶界面 （GUI），這意味著 Rust-Qt 集成對嵌入式開發人員越來越感興趣，并已成為向嵌入式 Rust 應用程序添加 GUI 的關鍵方法之一。

　　將兩者整合在一起時，挑戰就來了。如果沒有仔細的計劃和努力，組合的 Rust-Qt 應用程序就會成為這兩種語言弱屬性的犧牲品。Qt/C++對Rust的調用可能不安全，域間可能會出現并發問題，Rust的高性能和可移植性可能會打折扣。

　　本文介紹了為嵌入式應用程序實現 Rust 和 Qt 世界的推薦原則。

　　Rust 和 Qt 的背景

　　Rust 擁有豐富的庫生態系統，用于序列化和反序列化、異步操作、解析不安全輸入、線程、靜態分析等，而 Qt 是一個 C++ 工具包，支持跨各種平臺的豐富的、基于 GUI 的應用程序，從 iOS 到嵌入式Linux。Qt 應用程序包括表示業務邏輯的 C++ 插件、定義 GUI 組件和布局的 QML 以及用于 GUI 腳本的 JavaScript。

　　將 Rust 庫集成到 Qt 框架中，為開發人員提供了一種強大的機制來提供高性能和安全的基礎，從而推動復雜的用戶體驗。考慮一個農業儀表板應用程序，該應用程序需要安全訪問后端 I/O 微控制器或從基于 RTOS 的單板計算機提取數據的飛機駕駛艙顯示器。

　　一種推薦的應用程序架構是將業務邏輯保留在 Rust 后端，并為用戶界面使用 Qt/C++ 插件。這解耦了兩個域，將 Qt/QML 用于 GUI 開發的快速迭代速度和靈活性從業務級代碼中分離出來。

　　如何為嵌入式軟件集成 Rust 和 Qt

　　將 Qt 與 Rust 集成的常見方法是讓 Rust 調用 Qt 的 C++ 庫。雖然有幾種綁定方法，但這些方法通常不是 Rust 慣用的，并且往往會失去安全優勢，如圖 1 所示。此外，Qt 的大多數 Rust 綁定不會將 Rust 代碼暴露給 C++，這使得它們難以集成到現有的 C++ 代碼庫中。

　　圖 1. Rust-Qt 綁定的挑戰（）

　　一種更有效的方法是以安全的方式連接兩種語言，盡可能多地保留 Rust 固有的安全優勢。為此，Rust 需要能夠使用自己的QObject子類和實例以的妥協來擴展 Qt 對象系統。

　　后一種方法的一個例子是開源庫CXX-Qt，它由 KDAB 發起并管理其正在進行的開發和改進。該庫將 Qt 強大的面向對象和元對象系統與 Rust 相結合，并基于和擴展了另一個開源 Rust/C++ 互操作性庫CXX 。在 CXX-Qt 中，新的QObject子類由 Rust 模塊中的項目組成，以執行橋接功能。這些子類就像 QML 和 C++ 中的任何其他QObject一樣被實例化，將 Rust 特性暴露給 Qt。

　　CXX-Qt 定義的每個QObject都包含兩個組件：

　　一個基于 C++ 的對象，它是一個公開屬性和可調用方法的包裝器

　　存儲屬性、實現可調用對象、管理內部狀態并處理來自屬性和后臺線程的更改請求的Rust結構

　　CXX-Qt 自動生成代碼以在 Rust 和 Qt/C++ 域之間傳輸數據，并使用名為CXX的庫在兩者之間進行通信。

　　CXX-Qt 橋接方法的主要原則

　　為了解釋有效的 Rust-Qt 橋是如何工作的，我們將描述 CXX-Qt 庫背后的幾個關鍵原則。

　　在 Rust 中聲明 QObject

　　Qt 的設計本質上是面向對象的，對于 C++ 和 QML 都是如此，而 Rust 不支持繼承和多態性等常見的類特性。為了克服這個限制，CXX-Qt 在 Rust 中擴展了 Qt 對象系統，以提供一種自然的方式來集成兩種語言，同時保持慣用的 Rust 代碼。

　　CXX-Qt 橋可以包括以下部分：

　　模塊周圍的宏指示內容與 CXX-Qt 相關

　　定義 QObject、Qt 的任何屬性和任何私有狀態的結構

　　Qobject 結構的可選實現，其中函數可以標記為 qinvokable，允許從 QML 和 C++ 調用它們

　　定義 QObject 信號的枚舉

　　普通 CXX 塊

　　CXX-Qt 在代碼生成期間將此 Rust 模塊擴展為QObject的 C++ 子類和RustObj結構，如圖 2 所示。

　　圖 2. CXX-Qt 如何擴展 QObjects 以供運行時使用（）

　　下面是一個 QObject 示例，其中包含三個用于跨域操作的可調用方法和一個 Rust-only 方法：

　　#［cxx_qt：：bridge］

　　mod my_object {

　　不安全的外部“C++”{

　　包括！（“cxx-qt-lib/qstring.h”）；

　　輸入 QString = cxx_qt_lib：：QString;

　　包括！（“cxx-qt-lib/qurl.h”）；

　　輸入 QUrl = cxx_qt_lib：：QUrl；

　　}

　　#［cxx_qt：：qobject］

　　#［推導（默認）］

　　酒吧結構我的對象{

　　#［q屬性］

　　is_connected：布爾值，

　　#［q屬性］

　　網址：QUrl，

　　}

　　#［cxx_qt：：qsignals（MyObject）］

　　酒吧枚舉連接{

　　連接的，

　　錯誤{消息：QString}，

　　}

　　實現 qobject：：MyObject {

　　#［qinvokable］

　　pub fn connect（mut self： Pin《&mut Self》， url： QUrl） {

　　self.as_mut（）.set_url（url）;

　　如果自己

　　.as_ref（）

　　.url（）

　　.to_string（）

　　.starts_with（“https://kdab.com”）

　　{

　　self.as_mut（）.set_is_connected（true）;

　　self.emit（Connection：：Connected）;

　　} 別的 {

　　self.as_mut（）.set_is_connected（false）;

　　self.emit（連接：：錯誤{

　　message： QString：：from（“URL 不以 https://kdab.com” 開頭），

　　}）;

　　}

　　}

　　}

　　}

　　使用#［qinvokable］屬性聲明的方法（例如上面的connect）暴露給 QML 和 C++，參數和返回類型在 Qt 端匹配。使用#［qproperty］ 屬性（例如上面的 is_connected）聲明的 QObject 結構中的字段作為 Q_PROPERTY 公開給 QML 和 C++。用#［cxx_qt：：qsignals（T）］ 屬性標記的枚舉定義了在 QObject T 上聲明的信號。請注意，CXX-Qt 會自動在 snake_case （Rust） 和 CamelCase （Qt） 命名之間進行轉換。

　　在此示例中，connect 方法用于從 Rust 改變 QObject 的 url 和 connected 屬性。然后發出一個信號，指示連接是否成功或是否發生錯誤。

　　沒有用屬性標記的方法或字段被認為是 Rust 私有的，可用于管理內部狀態或用作線程實例數據。

　　由于QObject是橋的 C++ 端擁有的構造 Qt 對象，因此它會在運行時銷毀 C++ 對象時被銷毀。

　　跨橋聲明通用數據類型

　　原始數據類型和 CXX 類型可以跨橋使用，不需要在 Rust 和 Qt 之間進行轉換。庫 cxx_qt_lib 提供代表常見 Qt 類型（例如 QColor、QString、QVariant 等）的 Rust 類型，以供跨橋使用。

　　隨著項目的發展，我們計劃在cxx_qt_lib中加入更多常用的Qt類型，比如Qt容器類型（如QHash和 QVector） 和其他對 Qt C++ 或 QML 有用的類型。然后，我們希望通過向 Rust 生態系統中已建立的板條箱添加轉換來增強這些類型。例如，我們計劃支持從 QColor 到顏色包類型的轉換或從 QDateTime 到日期時間包類型的轉換，或者使用 Rust 包對 Qt 類型進行（反）序列化等。

　　保持線程安全

　　Rust-Qt 應用程序中安全線程背后的一般概念是每當 Rust 代碼執行時在 C++ 端獲取一個鎖，以防止該代碼被多個線程執行。這意味著所有直接從 C++ 調用的 Rust 代碼，例如可調用對象，僅在 Qt 線程上執行。

　　為了允許開發人員將狀態從后臺 Rust 線？？程同步到 Qt，CXX-Qt 提供了一個幫助程序，允許您從后臺線程對 Rust 閉包進行排隊。然后從 Qt 事件循環中執行閉包。

　　// 在可調用對象中，請求 qt 線程的句柄

　　讓 qt_thread = self.qt_thread（）;

　　// 產生一個 Rust 線？？程

　　std：：thread：：spawn（移動 || {

　　讓 value = compute_value_on_rust_thread（）;

　　// 使用閉包移動值并在 Qt 事件循環中運行任務

　　線程

　　.queue（移動|mut qobject| {

　　// 發生在 Qt 事件循環中

　　qobject.set_value（值）;

　　}）

　　.unwrap（）;

　　}）;

　　將 Rust QObject 暴露給 QML

　　要在 Qt 應用程序中使用 Rust 代碼，必須將 Rust QObject 導出到 QML。CXX-Qt 通過為Rust 中定義的每個QObject子類生成一個 C++ 類來簡化這個過程——開發人員只需要在 main.cpp 中包含兩個語句：

　　包括 QObject 類，例如，

　　#include “cxx-qt-gen/my_object.h”

　　將 QObject 類導出到 QML，例如，

　　qml注冊類型（ “com.kdab.cxx_qt.demo” ， 1 ， 0 ， “MyObject” ）;

　　構建系統

　　CXX-Qt 支持使用 CMake 或 Cargo 構建。

　　使用 CMake，Corrosion（以前稱為 cmake-cargo）用于將 Rust crate 作為靜態庫導入，然后鏈接到您的 Qt 應用程序可執行文件或庫。這允許將 CXX-Qt 輕松集成到現有的 CMake Qt 應用程序中。構建 Rust crate 時，build.rs 文件會編譯 CXX-Qt 生成的任何 C++ 代碼。

　　對于使用 Rust 的 Cargo 構建系統的項目，CXX-Qt 也可以在沒有 CMake 的情況下從 Cargo 使用。使用此方法，Rust 項目的 build.rs 文件還會觸發 Qt 資源的構建、任何其他 C++ 文件的編譯以及鏈接到任何其他 Qt 模塊。

　　結論

　　隨著集成 Rust 和 Qt 的用例的增長，開發團隊應該知道他們除了一對一直接綁定之外的選擇。CXX-Qt 庫提供了一種可行的橋接機制，以慣用的方式保留了 Rust 的線程安全和性能優勢，同時還允許開發人員使用普通的 Qt 和 Rust 代碼。

　　通過理解這里的概念，包括 Qt 對象和 Rust QObject之間的映射、Rust 的常見 Qt 類型以及定義運行時互操作性的宏和代碼生成，開發人員可以更好地為他們的應用程序開發選擇正確的 Rust-Qt 集成機制。