Rust 程序到 SBF 编译

理解 Rust 如何编译到 SBF (Solana Bytecode Format) 以及验证器如何执行它，对于构建复杂的 Solana 程序至关重要。本文解释了三阶段编译过程，帮助你理解程序大小、调试部署问题并优化性能。

Solana Rust 程序的三阶段编译过程

当你运行 cargo build-sbf 时，你的 Rust 程序会经历三个阶段：

1. Rust 到 LLVM IR：Rust 编译器将你的代码翻译成 LLVM 中间表示 (LLVM IR)
2. LLVM IR 到 SBF 字节码 (汇编)：LLVM 将中间表示编译成 SBF 字节码（我们部署的 .so 文件）
3. SBF 到原生代码：Solana 验证器内置了一个 即时 (JIT) 编译器，它在运行时将 SBF 字节码编译成原生机器码，从而实现接近原生的执行速度

下图总结了这一过程。

Solana Rust 程序的三阶段编译过程

现在考虑这个简单的 Rust 函数，它将两个 u64 整数相加：

pub fn add(a: u64, b: u64) -> u64 {
    a + b
}

该函数在 Solana 验证器上执行之前将经历所有三个编译阶段。我们将它作为一个贯穿始终的例子来 H说明每个阶段。

阶段 1：Rust 到 LLVM IR

Rust 编译器 (rustc) 使用 LLVM 作为其后端。LLVM 是一个编译器基础设施，它提供了一个通用的中间表示 (IR)——一种用于表示代码的平台无关格式——并应用内联和死代码消除等优化。rustc 将 Rust 源代码翻译成 LLVM IR。

使用 LLVM 的语言将其代码编译为 LLVM IR。然后 LLVM 可以将该 IR 翻译为针对不同目标（如 x86、ARM、WebAssembly、BPF 等）的机器码。这种设计允许单个编译器前端支持多种硬件架构，而无需为每种架构维护单独的后端。

要查看 Rust 代码的实际 LLVM IR，请按如下方式设置环境变量 RUSTFLAGS：

RUSTFLAGS="-C debuginfo=0 --emit=llvm-ir" cargo build

这会在 target/debug/deps/ 文件夹中生成一个 LLVM IR 文件，其名称类似于 llvm-<hash>.ll。

以下是为上面所示的 Rust add 函数生成的 LLVM IR。我们将在代码块之后讨论它。

; llvm::add
; Function Attrs: uwtable
define i64 @_ZN4llvm3add17h48743c4abf0c9b05E(i64 %a, i64 %b) unnamed_addr #0 {
start:
  %0 = call { i64, i1 } @llvm.uadd.with.overflow.i64(i64 %a, i64 %b)
  %_3.0 = extractvalue { i64, i1 } %0, 0
  %_3.1 = extractvalue { i64, i1 } %0, 1
  br i1 %_3.1, label %panic, label %bb1

bb1:                                              ; preds = %start
  ret i64 %_3.0

panic:                                            ; preds = %start
; call core::panicking::panic_const::panic_const_add_overflow
  call void @_ZN4core9panicking11panic_const24panic_const_add_overflow17h0235fd41b8202631E(ptr align 8 @alloc_d358b5fc6deae9ccd21c0c027d9d651f) #3
  unreachable
}

上面的代码块已精简，只显示了 add 函数的 LLVM IR。

上面的代码块已精简，只显示了 add 函数的 LLVM IR。以下是它如何映射到我们原始的 Rust 代码：

• 函数 @_ZN4llvm3add17h48743c4abf0c9b05E 是我们 add 函数的编译器改编名称
• i64 %a 和 i64 %b 是两个 64 位整数参数
• @llvm.uadd.with.overflow.i64 执行加法并检查溢出
• 如果发生溢出（%_3.1 为真），执行分支到 panic；否则返回结果（%_3.0）

LLVM IR 使用类似汇编的语法：define 声明一个函数，i64 指定 64 位整数，%a/%b 是 虚拟寄存器（值的临时存储）。

阶段 2：LLVM IR 到 SBF 字节码

LLVM 针对不同的硬件目标（x86-64、ARM64、eBPF 等）有不同的后端。Sol...