Coccinelle, инструмент автоматического сопоставления и трансформации программного кода, изначально созданный для масштабной работы с ядром Linux на языке C, стал одним из незаменимых средств для разработчиков системного программного обеспечения. С ростом популярности Rust и его активным внедрением в ядро Linux и другие важные проекты появилась необходимость расширить возможности Coccinelle, сделав его применимым к новым языковым конструкциям Rust. Проект Coccinelle для Rust, который реализуется в сотрудничестве с Inria и поддерживается Collabora, демонстрирует значительный прогресс, направленный на адаптацию мощного инструментария для эффективной работы с Rust кодом и сложными паттернами трансформаций.Одной из ключевых целей разработки является возможность легко и автоматически изменять большие базы кода на Rust, что зачастую представляет большой вызов ввиду особенностей языка и выраженного синтаксиса. Примером может служить ситуация, когда требуется заменить вызовы функции type_of для проверки реализации определенного трейта с дополнительной обработкой через метод subst_identity.
Если вручную провести такую операцию в кодовой базе с десятками или сотнями вхождений, это обернется значительными затратами времени и возможными ошибками. Помимо этого, есть запросы на изменение сигнатур функций, удаление или добавление параметров и обновление всех вызовов этих функций по всему проекту. Для решения таких задач Coccinelle предлагает механизм написания семантических патчей на языке SmPL, где описываются шаблоны поиска и трансформации с точностью и детализацией, необходимых на уровне абстрактного синтаксического дерева.Текущая реализация движка Coccinelle для Rust базируется на Computational Tree Logic (CTL) — логике, лежащей в основе поиска и сопоставления семантических паттернов внутри исходного кода. Эта логика была уже успешно применена в версии инструмента для C, однако характер Rust как выраженно выраженного через выражения языка с большим количеством вариаций в структуре кода требует специфических оптимизаций.
Например, блоки кода в Rust представляют собой выражения, в отличие от более жесткой структуры C, что усложняет задачу поиска в абстрактном синтаксическом дереве и требует высокой производительности от движка. Чтобы справиться с этим, разработчики использовали эффективные структуры данных, такие как RefCells и хеш-таблицы, что позволило достичь приемлемой скорости обработки даже при сложных и вложенных паттернах.Особое внимание уделено языку патчей SmPL — специализированному синтаксису для описания семантических преобразований. Для Rust были введены расширения, позволяющие описывать конструкции, характерные именно для данного языка, включая поддержку точек (..
.), дисъюнкций и модификаторов (+ и -). Вместо создания полного парсера Rust с нуля решено использовать Rust Analyzer, который берет на себя обработку обычного синтаксиса, в то время как специфичные элементы SmPL обрабатываются отдельным парсером. Такой подход значительно ускоряет процесс разработки и обеспечивает более надежное соответствие реальному коду.Работа с правилами (rules) трансформаций получила реструктуризацию для поддержки наследования и организации зависимостей между ними.
Пока механизм зависимости правил еще находится в разработке, он даст возможность запускать некоторые преобразования, исходя из успешности или наличия других правил, что обеспечит гибкость и более сложные сценарии автоматизации. Эта функциональность особенно важна для крупных случаев миграции API или рефакторинга, где один шаг зависит от результатов другого. Разработка сценариев на базе scripting позволит запускать пользовательский код для каждой найденной трансформации, что дополнительно расширит возможности инструмента и сделает возможными операции, выходящие за рамки классических патчей, например, подсчет статистики или использование регулярных выражений.Текущие достижения также включают усовершенствованную работу с макросами Rust, которые из-за своей нестандартной структуры представляют особую сложность. Для снижения ошибок и повышения однозначности были выбраны ограниченные варианты синтаксиса макросов, которые схожи с вызовами функций, например, foo!(a, b, c) или foo![a; b; c].
Такой шаг помогает избежать спутанности при сопоставлении паттернов и повышает качество преобразований.Кроме того, особое внимание уделяется эстетике и удобству восприятия результата преобразований. Инструмент обеспечивает улучшенную систему pretty printing, применяя rustfmt только к измененному коду, не нарушая при этом исходное форматирование оригинальных файлов. Это важно для сохранения читаемости и последующего удобного обзора изменений. Разработка в этом направлении еще продолжается, особенно в части макросов, которые требуют особого подхода из-за своей сложности и нестандартности.
Среди прочих усовершенствований можно выделить внедрение более надежного пользовательского интерфейса с поддержкой различных флагов для отладки, а также расширение набора тестов, что повышает стабильность и уверенность в корректности новых версий инструмента.В целом, основная цель команды разработчиков — довести функциональность Coccinelle для Rust до паритета с его аналогом для C по возможностям и удобству. В ближайшем будущем планируется сосредоточиться на реализации поддержки зависимостей между правилами, что позволит настраивать более сложные логики трансформаций и запускать их по условию успешности предыдущих этапов. Кроме того, активная работа ведется над интеграцией скриптового функционала, который позволит пользователям писать произвольный код для обработки каждой найденной позиции, открывая новые горизонты для кастомных анализов и преобразований.Проект доступен на GitLab, где любой желающий может ознакомиться с кодом, попробовать инструмент на практике и внести свои предложения или исправления.
Контактная информация для связи также размещена на сайте, что делает сотрудничество с сообществом открытым и взаимовыгодным.В результате, Coccinelle для Rust становится мощным инструментом для разработчиков, занимающихся миграцией, рефакторингом и автоматизацией трансформаций кода в масштабах крупных системных проектов. Тесное сотрудничество с Inria и поддержка опытных инженеров Collabora способствует активному развитию проекта и его адаптации под все более сложные и разнообразные задачи, с которыми сталкивается современный мир программирования на Rust. Это подтверждает значимость и перспективность инструмента в экосистеме разработки и открывает новые возможности для повышения качества и производительности работы с исходным кодом на Rust.
