KaiserY · 更新于 2018-11-28 11:00:43

裸指针

raw-pointers.md
commit 024aa9a345e92aa1926517c4d9b16bd83e74c10d

Rust 的标准库中有一系列不同的智能指针类型,不过这有两个类型是十分特殊的。Rust的安全大多来源于编译时检查,不过裸指针并没有这样的保证,使用它们是[unsafe](unsafe 不安全代码.md)的。

*const T*mut T在Rust中被称为“裸指针”。有时当编写特定类型的库时,为了某些原因你需要绕过Rust的安全保障。在这种情况下,你可以使用裸指针来实现你的库,同时暴露一个安全的接口给你的用户。例如,*指针允许别名,允许用来写共享所有权类型,甚至是内存安全的共享内存类型(Rc<T>Arc<T>类型都是完全用Rust实现的)。

有一些你需要记住的裸指针不同于其它指针的地方。它们是:

  • 不能保证指向有效的内存,甚至不能保证是非空的(不像Box&);
  • 没有任何自动清除,不像Box,所以需要手动管理资源;
  • 是普通旧式类型,也就是说,它不移动所有权,这又不像Box,因此Rust编译器不能保证不出像释放后使用这种bug;
  • 被认为是可发送的(如果它的内容是可发送的),因此编译器不能提供帮助确保它的使用是线程安全的;例如,你可以从两个线程中并发的访问*mut i32而不用同步。
  • 缺少任何形式的生命周期,不像&,因此编译器不能判断出悬垂指针;
  • 除了不允许直接通过*const T改变外,没有别名或可变性的保障。

基础

创建一个裸指针是非常安全的:

let x = 5;
let raw = &x as *const i32;

let mut y = 10;
let raw_mut = &mut y as *mut i32;

然而,解引用它则不行。这个并不能工作:

let x = 5;
let raw = &x as *const i32;

println!("raw points at {}", *raw);

它给出这个错误:

error: dereference of raw pointer requires unsafe function or block [E0133]
     println!("raw points at {}", *raw);
                                  ^~~~

当你解引用一个裸指针,你要为它并不指向正确的地方负责。为此,你需要unsafe

let x = 5;
let raw = &x as *const i32;

let points_at = unsafe { *raw };

println!("raw points at {}", points_at);

关于裸指针的更多操作,查看它们的API文档

FFI

裸指针在FFI中很有用:Rust的*const T*mut T分别与C中的const T*T*类似。关于它们的应用,查看[FFI章节](Foreign Function Interface 外部函数接口.md)。

引用和裸指针

在运行时,指向一份相同数据的裸指针*和引用有相同的表现。事实上,在安全代码中&T引用会隐式的转换为一个*const T同时它们的mut变体也有类似的行为(这两种转换都可以显式执行,分别为value as *const Tvalue as *mut T)。

反其道而行之,从*const&引用,是不安全的。一个&T总是有效的,所以,最少,*const T裸指针必须指向一个T的有效实例。进一步,结果指针必须满足引用的别名和可变性法则。编译器假设这些属性对任何引用都是有效的,不管它们是如何创建的,因而所以任何从裸指针来的转换都断言它们成立。程序员必须保证它。

推荐的转换方法是

// explicit cast
let i: u32 = 1;
let p_imm: *const u32 = &i as *const u32;

// implicit coercion
let mut m: u32 = 2;
let p_mut: *mut u32 = &mut m;

unsafe {
    let ref_imm: &u32 = &*p_imm;
    let ref_mut: &mut u32 = &mut *p_mut;
}

与使用transmute相比更倾向于&*x解引用风格。transmute远比需要的强大,并且(解引用)更受限的操作会更难以错误使用;例如,它要求x是一个指针(不像transmute)。

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