如何在 Windows 上为 Rust 使用 GNU 工具链

前言

当你在 Windows 上进行 Rust 开发时，rustup 默认会为你配置 Microsoft Visual C++ (MSVC) 工具链。这通常是一个很好的选择，因为它与 Windows 生态系统紧密集成，并且与使用 Visual Studio 构建的 C/C++ 库具有良好的 ABI 兼容性。

但是，如果你有以下情况，可能需要或更倾向于使用 GNU 工具链 (通常通过 MinGW-w64 实现)：

• 你不想安装庞大的 Visual Studio C++ Build Tools。
• 你已经熟悉或正在使用 MinGW/MSYS2 环境进行其他开发工作。
• 你的项目有特定依赖或需要 GCC 特有的功能。
• 你希望编译的二进制文件依赖于系统自带的 msvcrt.dll (GNU 工具链的常见行为)。

好消息是，Rust 的工具链管理器 rustup 非常灵活，让你能够轻松安装和切换到 GNU 工具链。这篇博文将指导你完成整个过程。

为什么默认是 MSVC？

在我们深入 GNU 世界之前，简单了解一下 MSVC 为何是 Windows 上的默认选择：

• 原生集成: MSVC 是 Windows 平台原生的 C/C++ 编译器和链接器。
• ABI 兼容性: 使用 MSVC 工具链编译的 Rust 代码可以更容易地与使用 Visual Studio 编译的 C/C++ 库链接。
• 调试体验: 与 Visual Studio Debugger 的集成通常更无缝。

步骤 1: 安装 Rust (如果尚未安装)

如果你是 Rust 新手，首先需要安装 rustup。访问 https://rustup.rs/ 并按照说明进行操作。在安装过程中，如果检测到已安装 Visual Studio C++ Build Tools，rustup 可能会默认选择 MSVC 工具链。

步骤 2: 检查当前已安装的 Rust 工具链

打开你的命令行工具 (CMD, PowerShell, Git Bash 等)，运行以下命令来查看当前已安装和默认的工具链：

rustup toolchain list

你可能会看到类似这样的输出：

stable-x86_64-pc-windows-msvc (default)
nightly-x86_64-pc-windows-msvc

这里的 (default) 指明了当前 Cargo 命令会使用的工具链。

步骤 3: 安装 MinGW-w64 GCC (GNU 工具链的 C/C++编译器基础)

rustup 负责管理 Rust 自身的工具链部分，但它不包含 C/C++ 编译器。要使用 Rust 的 GNU 工具链，你首先需要一个可用的 MinGW-w64 GCC 编译器。

推荐方式：通过 MSYS2 安装 MinGW-w64

MSYS2 提供了一个强大的 Unix-like 环境和包管理器 (pacman)，是获取和管理 MinGW-w64 工具链的优秀方式。

1. 下载并安装 MSYS2: 访问 https://www.msys2.org/ 下载安装程序并完成安装。

2. 打开 MSYS2 MinGW 64-bit 终端: 从开始菜单找到并运行 “MSYS2 MinGW 64-bit” (或 “MSYS2 MinGW x64”)。重要的是使用 MinGW 变种的终端，而不是基础的 MSYS 终端，以确保环境变量正确设置。

3. 更新包数据库和核心包:

   pacman -Syu

   然后可能需要关闭终端，重新打开，再次运行：

   pacman -Su

4. 安装 MinGW-w64 GCC 工具链:

   # 对于 64-bit Rust (最常见)
   pacman -S mingw-w64-x86_64-gcc
   
   # 如果你需要 32-bit Rust 的 GNU 工具链
   # pacman -S mingw-w64-i686-gcc

5. 将 MinGW-w64 的 bin 目录添加到系统 PATH (重要!):

   rustup 和 Cargo 需要能够找到 gcc.exe 作为链接器。你需要将 MinGW-w64 的 bin 目录添加到你的 Windows 系统 PATH 环境变量中。

   • 如果 MSYS2 安装在 C:\msys64，那么 64 位工具链的路径通常是 C:\msys64\mingw64\bin。
   • 对于 32 位工具链，路径通常是 C:\msys64\mingw32\bin。 编辑系统环境变量，将此路径添加到 Path 变量中。更改后可能需要重启命令行或计算机才能生效。

其他方式安装 MinGW-w64: 你也可以从其他来源下载独立的 MinGW-w64 安装包 (例如从 winlibs.com 获取的预编译包)，并确保将其 bin 目录添加到系统 PATH。

步骤 4: 使用 rustup 安装 Rust 的 GNU 工具链

现在你已经有了一个可用的 GCC 编译器，可以告诉 rustup 安装对应的 Rust GNU 工具链了：

• 对于 64 位 Windows 上的 GNU 工具链 (x86_64-pc-windows-gnu target):

  rustup toolchain install stable-x86_64-pc-windows-gnu

  (你可以将 stable 替换为 beta, nightly, 或特定的版本号，例如 1.70.0-x86_64-pc-windows-gnu)

• 对于 32 位 Windows 上的 GNU 工具链 (i686-pc-windows-gnu target):

  rustup toolchain install stable-i686-pc-windows-gnu

安装完成后，再次运行 rustup toolchain list，你应该能看到新安装的 GNU 工具链。

步骤 5: 管理和使用 GNU 工具链

rustup 提供了多种方式来管理和激活你安装的工具链：

• 设为默认工具链: 如果你希望所有 Rust 项目默认都使用 GNU 工具链：

  rustup default stable-x86_64-pc-windows-gnu

• 为特定项目指定工具链 (推荐): 这通常是更好的做法，因为它允许不同项目使用不同的工具链。在你的项目根目录下运行：

  rustup override set stable-x86_64-pc-windows-gnu

  这会在项目目录中创建一个 rust-toolchain.toml (或旧版的 rust-toolchain) 文件，锁定该项目使用的工具链。

• 为单个 Cargo 命令临时指定工具链:

  cargo +stable-x86_64-pc-windows-gnu build
  cargo +stable-x86_64-pc-windows-gnu run

MSVC vs. GNU: 做出选择

重要提示：ABI 兼容性

这是一个关键点：使用 MSVC 编译的库 (.lib, .dll) 和使用 GCC (MinGW) 编译的库通常在 ABI (Application Binary Interface) 上是不兼容的。这意味着你不能轻易地将 MSVC 编译的 Rust 代码链接到 GCC 编译的 C/C++ 库，反之亦然，除非这些库是以纯 C ABI 导出的，并且小心处理了运行时库的依赖。如果你需要与特定的 C/C++ 库交互，请确保你的 Rust 工具链与该库的编译方式匹配。

Happy Rusting!