Unsafe、原始指针 - Unsafe
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2023-12-01
Rust的内存安全依赖于强大的类型系统和编译时检测,不过它并不能适应所有的场景。
首先,所有的编程语言都需要跟外部的“不安全”接口打交道,调用外部库等,在“安全”的Rust下是无法实现的; 其次,“安全”的Rust无法高效表示复杂的数据结构,特别是数据结构内部有各种指针互相引用的时候;再次,
事实上还存在着一些操作,这些操作是安全的,但不能通过编译器的验证。
因此在安全的Rust背后,还需要unsafe
的支持。
unsafe
块能允许程序员做的额外事情有:
- 解引用一个裸指针
*const T
和*mut T
let x = 5;
let raw = &x as *const i32;
let points_at = unsafe { *raw };
println!("raw points at {}", points_at);
- 读写一个可变的静态变量
static mut
static mut N: i32 = 5;
unsafe {
N += 1;
println!("N: {}", N);
}
- 调用一个不安全函数
unsafe fn foo() {
//实现
}
fn main() {
unsafe {
foo();
}
}
使用unsafe
unsafe fn
不安全函数标示如果调用它可能会违反Rust的内存安全语意:
unsafe fn danger_will_robinson() {
// 实现
}
unsafe block
不安全块可以在其中调用不安全的代码:
unsafe {
// 实现
}
unsafe trait
不安全trait及它们的实现,所有实现它们的具体类型有可能是不安全的:
unsafe trait Scary { }
unsafe impl Scary for i32 {}
safe != no bug
对于Rust来说禁止你做任何不安全的事是它的本职,不过有些是编写代码时的bug
,它们并不属于“内存安全”的范畴:
- 死锁
- 内存或其他资源溢出
- 退出未调用析构函数
- 整型溢出
使用unsafe
时需要注意一些特殊情形:
- 数据竞争
- 解引用空裸指针和悬垂裸指针
- 读取未初始化的内存
- 使用裸指针打破指针重叠规则
&mut T
和&T
遵循LLVM范围的noalias
模型,除了如果&T
包含一个UnsafeCell<U>
的话。不安全代码必须不能违反这些重叠(aliasing)保证- 不使用
UnsafeCell<U>
改变一个不可变值/引用 - 通过编译器固有功能调用未定义行为:
- 使用
std::ptr::offset
(offset功能)来索引超过对象边界的值,除了允许的末位超出一个字节 - 在重叠(overlapping)缓冲区上使用
std::ptr::copy_nonoverlapping_memory
(memcpy32/memcpy64功能)
- 使用
- 原生类型的无效值,即使是在私有字段/本地变量中:
- 空/悬垂引用或装箱
bool
中一个不是false
(0)或true
(1)的值enum
中一个并不包含在类型定义中判别式char
中一个代理字(surrogate)或超过char::MAX的值str
中非UTF-8字节序列
- 在外部代码中使用Rust或在Rust中使用外部语言