为什么Rust允许通过空指针调用函数？

Question

我在Rust中尝试函数指针魔术，最后得到了一个代码片段，我完全无法解释它为什么要编译，甚至无法解释它为什么要运行。

fn foo() {
    println!("This is really weird...");
}

fn caller<F>() where F: FnMut() {
    let closure_ptr = 0 as *mut F;
    let closure = unsafe { &mut *closure_ptr };
    closure();
}

fn create<F>(_: F) where F: FnMut() {
    caller::<F>();
}

fn main() {
    create(foo);
    
    create(|| println!("Okay..."));
    
    let val = 42;
    create(|| println!("This will seg fault: {}", val));
}

我无法解释为什么调用foo的方法是在调用方（…）中投射空指针 到类型为F的实例。我本以为函数只能通过相应的函数指针来调用，但鉴于指针本身为空，显然不能这样。话虽如此，我显然误解了Rust类型系统的一个重要部分。

操场上的例子




Answer 1

鉴于生锈是建立在LLVM之上的，并且您所做的是保证UB的，您可能会碰到类似https://kristerw.blogspot.com/2017/09/why-undefined-behavior-may-call-never.html.这是安全生锈能够消除所有UB的许多原因之一。

Answer 2

fn foo（）{...}的类型不是函数指针fn（），它实际上是特定于foo的唯一类型。只要您携带该类型（这里是F），编译器就知道如何调用它，而不需要任何额外的指针（这种类型的值不携带数据）。不捕获任何东西的闭包也是如此。只有当最后一个闭包试图查找val时，它才会变得危险，因为您将一个0放在（大概）指向val的指针应该在的地方。

您可以通过size_of观察到这一点，在前两次调用中，闭包的大小为零，但在最后一次调用中，闭包中捕获的东西的大小为8（至少在操场上）。如果大小为0，则程序不必从NULL指针加载任何内容。

指向引用的NULL指针的有效强制转换仍然是未定义的行为，但这是因为类型欺诈，而不是因为内存访问欺诈：拥有真正NULL的引用本身是非法的，因为选项等类型的内存布局

unsafe fn null<T>(_: T) -> &'static mut T {
    &mut *(0 as *mut T)
}

fn foo() {
    println!("Hello, world!");
}

fn main() {
    unsafe {
        let x = null(foo);
        x(); // prints "Hello, world!"
        let y = Some(x);
        println!("{:?}", y.is_some()); // prints "false", y is None!
    }
}

Answer 3

这个程序实际上根本没有构造函数指针——它总是直接调用foo和这两个闭包。

每个Rust函数，无论是闭包还是fn项，都有一个唯一的匿名类型。此类型根据需要实现Fn/FnMut/FnOnce特征。fn项的匿名类型是零大小的，就像没有捕获的闭包类型一样。

因此，表达式create（foo）用foo的类型实例化create的参数F——这不是函数指针类型fn（），而是一个匿名的零大小类型，仅用于foo。在错误消息中，rustc调用此类型fn（）{foo}，您可以看到此错误消息。

内部create:：

最后，在调用者中：

同样的逻辑也适用于闭包||println！（"好的..."），它像foo有一个匿名的零大小类型，这次称为类似于[closure@src/main.rs： 2:14:2:36]。

第二个闭包就不那么幸运了——它的类型不是零大小的，因为它必须包含对变量val的引用。这次，FnMut:：call_mut（closure）实际上需要取消引用closure来完成它的工作。所以它崩溃了2。

1像这样构造空引用在技术上是未定义的行为，因此编译器不对该程序的总体行为做出promise。但是，将0替换为具有F对齐方式的其他“地址”，可以避免像fn（）{foo}这样的零大小类型的问题，并给出相同的行为！）

2同样，构造一个空（或悬挂）引用是实际承担责任的操作——在那之后，任何事情都会发生。一个段落错误只是一种可能性-一个未来版本的rustc，或者在一个稍微不同的程序上运行的相同版本，可能会做完全不同的事情！