今日学んだこと：RubyでFFIを使う方法とC拡張との違い

RubyからCの機能を呼び出す方法として、今日はFFIとC拡張の違いを整理した。

結論から言うと、まずはFFIで始めるのが現実的。パフォーマンスや表現力が足りなくなったらC拡張を検討する、という順番がわかりやすい。

RubyでFFIを使う主な選択肢

RubyでFFIを扱う方法は主に2つある。

1. `ffi` gem（推奨）

最も広く使われるライブラリで、宣言が読みやすい。

require 'ffi'

module MyLib
  extend FFI::Library
  ffi_lib 'c'  # libc をロード

  # int abs(int) を宣言
  attach_function :abs, [:int], :int
  # size_t strlen(const char*) を宣言
  attach_function :strlen, [:string], :size_t
end

puts MyLib.abs(-42)            # => 42
puts MyLib.strlen("hello")     # => 5

インストールは次のコマンドでOK。

gem install ffi

2. 標準添付の `Fiddle`

Ruby本体に同梱されるため、追加インストール不要。ただしffi gemより低レベル。

require 'fiddle'
require 'fiddle/import'

module MyLib
  extend Fiddle::Importer
  dlload 'libc.so.6'
  extern 'int abs(int)'
end

puts MyLib.abs(-42)   # => 42

構造体を扱う例（ffi gem）

Cの構造体もFFI::Structを使ってきれいに表現できる。

require 'ffi'

class Timeval < FFI::Struct
  layout :tv_sec,  :long,
         :tv_usec, :long
end

module LibC
  extend FFI::Library
  ffi_lib 'c'
  attach_function :gettimeofday, [:pointer, :pointer], :int
end

tv = Timeval.new
LibC.gettimeofday(tv, nil)
puts tv[:tv_sec]   # 現在のUNIX時刻

FFIとC拡張の違い

基本的な仕組み

C拡張は、ruby.hを使ってRuby専用のCコードを書く方式。ビルドして.so（Windowsなら.dll）を生成し、requireで読み込む。

FFIは、既存の共有ライブラリ（libc.so、libssl.so、自作.soなど）を実行時に読み込み、Ruby側でシグネチャ宣言して呼び出す方式。C側にRuby固有コードは不要。

主な比較ポイント

実装場所
- C拡張: C側（Ruby内部APIを利用）
- FFI: Ruby側で宣言して呼び出し
ビルド要否
- C拡張: 必要（extconf.rb + mkmf）
- FFI: 基本不要（純Rubyとして配布しやすい）
パフォーマンス
- C拡張: 高速
- FFI: 呼び出し時の型変換コストあり
- ただし、呼び先C関数が重ければ差は目立たないことも多い
Rubyとの親和性
- C拡張: Rubyオブジェクト、例外、GC連携、メソッド定義まで深く扱える
- FFI: 基本は関数呼び出し中心（使いやすいAPIはRuby側でラップ）
対象ライブラリ
- FFI: 既存Cライブラリ利用が得意
- C拡張: Ruby向けAPI設計や密結合な実装が得意
移植性
- FFI: MRI/JRuby/TruffleRubyで動かしやすい
- C拡張: MRI依存が強くなりやすい
安全性・デバッグ
- どちらもC側の不具合でプロセスごと落ちうる
- C拡張はRuby内部API誤用によるGC周りのバグ調査が難しくなりやすい

ざっくり比較表

項目	C拡張	FFI
実装言語	C（Ruby内部API使用）	Ruby中心
ビルド	必要	不要
速度	速い	やや遅い
Ruby親和性	高い	低め（ラッパー前提）
JRuby等対応	△	◎
配布の手軽さ	△	◎

使い分けの目安

既存Cライブラリを手早く使いたい → FFI
ビルドなしで配布したい → FFI
性能がシビア、Rubyオブジェクトを深く扱いたい → C拡張

迷ったら、まずFFIで実装して、ボトルネックが出たところだけC拡張化する方針が安全。

主な型対応（ffi gem）

よく使う型は次のあたり。

整数: :int :long :uint32 :int64
浮動小数: :float :double
文字列: :string
汎用ポインタ: :pointer
戻り値なし: :void

まとめ

FFIは「既存C資産をRubyからすぐ使う」ための選択肢として非常に優秀。特にffi gemは宣言的に書けるため、学習コストも低い。

一方で、Rubyと密に統合された高性能なAPIを作りたいならC拡張が強い。用途に応じて使い分けるのが最適解。