4.35.裸指针

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2023-12-01

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的。

*const T和*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>和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和&）；
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和*mut T分别与C中的const T*和T*类似。关于它们的应用，查看FFI章节。

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 T和value as *mut T）。

反其道而行之，从*const到&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）。