Rust 中文社区 · 更新于 2017-11-20 11:00:52

安全(Safety)

本章不讲解任何语言知识点,而是对 Rust 安全理念的一些总结性说明。

安全,本身是一个相当大的话题。安全性,本身也需要一个局部性的定义。

Rust 的定义中,凡是 可能 会导致程序内存使用出错的特性,都被认为是 不安全的(unsafe)。反之,则是 安全的(safe)

基于这种定义,C 语言,基本是不安全的语言(它是众多不安全特性的集合。特别是指针相关特性,多线程相关特性)。

Rust 的这个定义,隐含了一个先决假设:人之初,性本恶。人是不可靠的,人是会犯错误的,即 Rust 不相信人的实施过程。在这一点上,C 语言的理念与之完全相反:C 语言完全相信人,人之初,性本善,由人进行完全地控制。

根据 Rust 的定义,C 语言几乎是不安全的代名字。但是,从本质上来说,一段程序是否安全,并不由开发它的语言决定。用 C 语言开发出的程序,不一定就是不安全的代码,只不过相对来说,需要花更多的精力进行良好的设计和长期的实际运行验证。Rust 使开发出安全可靠的代码相对容易了。

世界本身是肮脏的。正如,纯函数式语言中还必须有用于处理副作用的 Monad 存在一样,Rust 仅凭安全的特性集合,也是无法处理世界的所有结构和问题的。所以,Rust 中,还有 unsafe 部分的存在。实际上,Rust 的 std 本身也是建立在大量 unsafe 代码的基础之上的。所以,世界就是纯粹建立在不纯粹之上,“安全”建立在“不安全”之上。

因此,Rust 本身可以被认为是两种编程语言的混合:Safe RustUnsafe Rust

只使用 Safe Rust 的情况下,你不需要担心任何类型安全性和内存安全性的问题。你永远不用忍受空指针,悬挂指针或其它可能的未定义行为的干扰。

Unsafe RustSafe Rust 的所有特性上,只给程序员开放了以下四种能力:

  1. 对原始指针进行解引(Dereference raw pointers);
  2. 调用 unsafe 函数(包括 C 函数,内部函数,和原始分配器);
  3. 实现 unsafe traits;
  4. 修改(全局)静态变量。

上述这四种能力,如果误用的话,会导致一些未定义行为,具有不确定后果,很容易引起程序崩溃。

Rust 中定义的不确定性行为有如下一些:

  1. 对空指针或悬挂指针进行解引用;
  2. 读取未初始化的内存;
  3. 破坏指针重命名规则(比如同一资源的 &mut 引用不能出现多次,&mut& 不能同时出现);
  4. 产生无效的原生值:
    • 空指针,悬挂指针;
    • bool 值不是 0 或 1;
    • 未定义的枚举取值;
    • char 值超出取值范围 [0x0, 0xD7FF] 和 [0xE000, 0x10FFFF];
    • 非 utf-8 字符串;
  5. Unwinding 到其它语言中;
  6. 产生一个数据竞争。

以下一些情况,Rust 认为不属于安全性的处理范畴,即认为它们是“安全”的:

  1. 死锁;
  2. 存在竞争条件;
  3. 内存泄漏;
  4. 调用析构函数失败;
  5. 整数溢出;
  6. 程序被中断;
  7. 删除产品数据库(:D);

参考

下面一些链接,给出了安全性更详细的讲解(部分未来会有对应的中文翻译)。

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