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Windows 向けの C/C++/Rust toolchain

Linux では OS に GCC が system compiler として付属しているが、Windows では OS とは別途 compiler を導入する必要がある。

Software 開発自体が業務であれば、ケチらずに Visual Studio Pro 購入もしくは MSDN subscription を契約というのが本筋だろう。 しかし、実験結果を集計するためにちょっと code 書くとか、社内利用の簡単な業務改善 tool を作るといった用途で MSDN 契約をするのはちょっともったいない。 これはそんな人のための tips。

MSVC の license issue

Microsoft の純正 compiler として、MSVC (Microsoft Visual C++) があるが、利用できる条件がややこしい。以下は Visual Studio 2022 時点の概要。厳密な利用条件は各自 license term を確認のこと。

  • Visual Studio 2017 Express であれば利用制限は少ない。Express license で BuildTool も利用許諾されている。しかし、Visual Studio 2017 が最終版で、それ以降の提供はなくなってしまった。
  • 純粋に個人利用であれば Visual Studio 2022 Community を利用可能。
  • 組織で Visual Studio 2022 Community 使う場合は 5名までの制限などあり、正しく license 管理された状態で職場で利用するのは難しい。
    • Open source 例外条項もあるが、OSS として公開するほどでもない小物 tool も書くことは十分想定される。OSS 例外条項をきちんと適用することも意外と難しい。

Visual Studio 2017 Express for Windows Desktop

MSDN 契約をするほどでもない場合の選択として、license 上の利用制限が少ないExpress 使うのが1つの方法。 Visual Studio Express 2017 for Desktop installer と Build Tools installer を download して install する。

Rust を一緒に使う場合は、x86_64-pc-windows-msvc 版の Rust compiler を入れればよい。(rustup-init はこちらを自動で入れてくれる)

llvm-mingw toolchain

MSVC 以外のお薦めとして、LLVM MinGW toolchain がある。

これは GCC の Windows 版である MinGW に含まれる library 類を利用し、MinGW の compiler を GCC から LLVM Clang に置き換えたもの。 Cross platform での開発を前提とすると MSVC よりも利点がある。

  • MSVC と比較して:
    • Free & open source なので、自由に利用可能。
    • Linux, Mac でも Clang は利用できるので、複数の platform 向けの code を書くつもりなら compiler を統一できる。
    • Linux host で Windows target の cross compile を簡単にできる。特に CI 環境構築に便利。
  • GCC MinGW と比較して:
    • LLVM MinGW は C runtime として Windows 10 以降標準の ucrt (Universal C Runtime) を利用するため、最近の MSVC で build された DLL と結合しても問題が出ない。
    • Thread local storage といった MinGW GCC で利用できない機能も利用可能。
    • GCC が support していない aarch64-pc-windows target も利用可能。

LLVM MinGW の使い方

ZIP を展開して、 PATH 環境変数を設定するだけで利用可能。

  • (1) LLVM MinGW の release page から、llvm-mingw-*-ucrt-x86_64.zip (AMD, Intel PC) か llvm-mingw-*-ucrt-aarch64.zip (ARM64 PC) を取得
  • (2) ZIPの内容を展開 (任意の場所でよい)
    • C:\opt\llvm-mingw\bin\x86_64-w64-mingw32-clang.exe がある状態を例とする
  • (3) 環境変数設定 PATH=C:\opt\llvm-mingw\bin;<other PATHs>

以上で利用可能になる。Console から以下のように compile できる。

C:\somewhere> x86_64-w64-mingw32-clang.exe -o hello.exe hello.c
C:\somewhere> .\hello.exe
Hello, world!

MSVC に含まれる MSBuild のような build tool は LLVM MinGW には含まれないので、CMake などと組み合わせて使うのがよい。

Rust *-pc-windows-gnullvm target

Rust も 1.79.0 から *-pc-windows-gnullvm target が tier 2 になり、簡単に LLVM MinGW と組み合わせて利用できるようになっている。

Windows host で Rust + llvm-mingw を利用

手順としては、以下の 3 step で利用可能。

Rust compiler が内部で使っている LLVM の major version と LLVM MinGW の major version を合わせておく必要がある(rustc -V -v で確認可能)。Rust 1.73-1.77 => LLVM 17, Rust 1.78-1.81 => LLVM 18, Rust 1.82- => LLVM19

  • (1) x86_64-pc-windows-gnu の Rust compiler を rustup で取得 
    C:\somewhere> rustup-init.exe --default-host x86_64-pc-windows-gnu --target x86_64-pc-windows-gnullvm
...
    • rustup-init の際に、host toolchain として x86_64-pc-windows-gnu を明示的に指定する。指定しないと x86_64-pc-windows-msvc の方を取得してしまう。
    • --target x86_64-pc-windows-gnullvm もまとめて取得しておくと便利
  • (2) libgcc*.a を llvm-mingw の library path に複製
    • C:\Users\<username>\.rustup\toolchains\stable-x86_64-pc-windows-gnu\lib\rustlib\x86_64-pc-windows-gnu\lib\self-contained にある libgcc.a, libgcc_eh.a, libgcc_s.a の3つを C:\opt\llvm-mingw\x86_64-w64-mingw32\lib に複製する
    • これは x86_64-pc-windows-gnu の Rust compiler が GCC 用の libgcc を link しようとするための hack。build.rs の compile に必要。
  • (3: 任意) .cargo/config.toml で default target 指定を設定する 
    [build]
target = "x86_64-pc-windows-gnullvm"
    .cargo/config.toml に設定を書かない場合は、build 時に target を指定して利用する。 
    C:\somewhere> cargo build --target x86_64-pc-windows-gnullvm

x86_64-pc-windows-gnu の host 上で、別の x86_64-pc-windows-gnullvm target 向けに cross compile している状態になる。上記で触れているように、build.rs は host compiler (-gnu) で compile されるが、最終の .exe は target (-gnullvm) で compile される。

Windows .msi installer を使う場合

.msi で Rust を install する人は少ないと思うが、その場合は以下のようにする。

Linux host で cross compile

Linux host で Windows target 用の .exe を cross compile する場合は、以下のようにする。

  • (1) llvm-mingw の release page から、llvm-mingw-*-ucrt-ubuntu-*-x86_64.tar.xz を取得
  • (2) ZIPの内容を展開 (任意の場所でよい)
    • /opt/llvm-mingw/bin/x86_64-w64-mingw32-clang がある状態を例とする
  • (3) 環境変数設定 PATH=/opt/llvm-mingw/bin:<other PATHs>
  • (4) x86_64-unknown-linux-gnu host toolchain を入れる (通常の Rust install 手順) 
    $ curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh
  • (5) rustup で x86_64-pc-windows-gnullvm を追加 
    $ rustup target add x86_64-pc-windows-gnullvm

Rust の cross compile は以下のようにする。

$ cargo build --target x86_64-pc-windows-gnullvm

これで Windows 版の .exe が生成される。