3.7.1 解答

Tue, 11 Aug 2026 11:30:00 +0800

译文 · 基于 Comprehensive Rust

原文链接: https://google.github.io/comprehensive-rust/unsafe-rust/solution.html

3.7.1 解答

单元测试使用 tempfile crate。用下面命令把它加为开发依赖：

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cargo add --dev tempfile

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// Copyright 2023 Google LLC
// SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
mod ffi {
 use std::os::raw::{c_char, c_int};
 #[cfg(not(target_os = "macos"))]
 use std::os::raw::{c_long, c_uchar, c_ulong, c_ushort};

 // 不透明类型。参见 https://doc.rust-lang.org/nomicon/ffi.html。
 #[repr(C)]
 pub struct DIR {
 _data: [u8; 0],
 _marker: core::marker::PhantomData<(*mut u8, core::marker::PhantomPinned)>,
 }

 // 布局依据 Linux 手册页 readdir(3)；其中 ino_t 与 off_t
 // 按 /usr/include/x86_64-linux-gnu/{sys/types.h, bits/typesizes.h}
 // 中的定义解析。
 #[cfg(not(target_os = "macos"))]
 #[repr(C)]
 pub struct dirent {
 pub d_ino: c_ulong,
 pub d_off: c_long,
 pub d_reclen: c_ushort,
 pub d_type: c_uchar,
 pub d_name: [c_char; 256],
 }

 // 布局依据 macOS 手册页 dir(5)。
 #[cfg(target_os = "macos")]
 #[repr(C)]
 pub struct dirent {
 pub d_fileno: u64,
 pub d_seekoff: u64,
 pub d_reclen: u16,
 pub d_namlen: u16,
 pub d_type: u8,
 pub d_name: [c_char; 1024],
 }

 unsafe extern "C" {
 pub unsafe fn opendir(s: *const c_char) -> *mut DIR;

 #[cfg(not(all(target_os = "macos", target_arch = "x86_64")))]
 pub unsafe fn readdir(s: *mut DIR) -> *const dirent;

 // 参见 https://github.com/rust-lang/libc/issues/414 以及
 // macOS 手册页 stat(2) 中关于 _DARWIN_FEATURE_64_BIT_INODE 的章节。
 //
 // “这些更新可用之前就存在的平台”指的是
 // Intel 与 PowerPC 上的 macOS（相对于 iOS / wearOS 等）。
 #[cfg(all(target_os = "macos", target_arch = "x86_64"))]
 #[link_name = "readdir$INODE64"]
 pub unsafe fn readdir(s: *mut DIR) -> *const dirent;

 pub unsafe fn closedir(s: *mut DIR) -> c_int;
 }
}

use std::ffi::{CStr, CString, OsStr, OsString};
use std::os::unix::ffi::OsStrExt;

#[derive(Debug)]
struct DirectoryIterator {
 path: CString,
 dir: *mut ffi::DIR,
}

impl DirectoryIterator {
 fn new(path: &str) -> Result<DirectoryIterator, String> {
 // 调用 opendir；成功则返回 Ok，
 // 否则返回带消息的 Err。
 let path =
 CString::new(path).map_err(|err| format!("Invalid path: {err}"))?;
 // SAFETY: path.as_ptr() 不可能为 NULL。
 let dir = unsafe { ffi::opendir(path.as_ptr()) };
 if dir.is_null() {
 Err(format!("Could not open {path:?}"))
 } else {
 Ok(DirectoryIterator { path, dir })
 }
 }
}

impl Iterator for DirectoryIterator {
 type Item = OsString;
 fn next(&mut self) -> Option<OsString> {
 // 持续调用 readdir，直到得到 NULL 指针。
 // SAFETY: self.dir 永不为 NULL。
 let dirent = unsafe { ffi::readdir(self.dir) };
 if dirent.is_null() {
 // 已到达目录末尾。
 return None;
 }
 // SAFETY: dirent 非 NULL，且 dirent.d_name 以 NUL 结尾。
 let d_name = unsafe { CStr::from_ptr((*dirent).d_name.as_ptr()) };
 let os_str = OsStr::from_bytes(d_name.to_bytes());
 Some(os_str.to_owned())
 }
}

impl Drop for DirectoryIterator {
 fn drop(&mut self) {
 // 按需调用 closedir。
 // SAFETY: self.dir 永不为 NULL。
 if unsafe { ffi::closedir(self.dir) } != 0 {
 panic!("Could not close {:?}", self.path);
 }
 }
}

fn main() -> Result<(), String> {
 let iter = DirectoryIterator::new(".")?;
 println!("files: {:#?}", iter.collect::<Vec<_>>());
 Ok(())
}

#[cfg(test)]
mod tests {
 use super::*;
 use std::error::Error;

 #[test]
 fn test_nonexisting_directory() {
 let iter = DirectoryIterator::new("no-such-directory");
 assert!(iter.is_err());
 }

 #[test]
 fn test_empty_directory() -> Result<(), Box<dyn Error>> {
 let tmp = tempfile::TempDir::new()?;
 let iter = DirectoryIterator::new(
 tmp.path().to_str().ok_or("Non UTF-8 character in path")?,
 )?;
 let mut entries = iter.collect::<Vec<_>>();
 entries.sort();
 assert_eq!(entries, &[".", ".."]);
 Ok(())
 }

 #[test]
 fn test_nonempty_directory() -> Result<(), Box<dyn Error>> {
 let tmp = tempfile::TempDir::new()?;
 std::fs::write(tmp.path().join("foo.txt"), "The Foo Diaries\n")?;
 std::fs::write(tmp.path().join("bar.png"), "<PNG>\n")?;
 std::fs::write(tmp.path().join("crab.rs"), "//! Crab\n")?;
 let iter = DirectoryIterator::new(
 tmp.path().to_str().ok_or("Non UTF-8 character in path")?,
 )?;
 let mut entries = iter.collect::<Vec<_>>();
 entries.sort();
 assert_eq!(entries, &[".", "..", "bar.png", "crab.rs", "foo.txt"]);
 Ok(())
 }
}

Safety 注释： 每个 unsafe 块前都有 // SAFETY: 注释，说明为何该操作是安全的。这是 Rust 中便于审计的标准做法。
字符串转换： 代码演示了 FFI 所需的转换：
- &str -> CString：创建供 C 使用的以空字符结尾的字符串。
- CString -> *const c_char：把指针传给 C。
- *const c_char -> &CStr：包装返回的 C 字符串。
- &CStr -> &[u8] -> &OsStr -> OsString：把字节转回 Rust 的 OS 字符串。
RAII（Drop）： 实现 Drop，在迭代器离开作用域时自动调用 closedir，确保不泄漏文件描述符。
Iterator 接口： 把 C API 封装成 Rust Iterator，为底层的 unsafe C 函数提供安全、惯用的接口（next 返回 Option<OsString>）。

讲师备注

说明 CString 拥有数据（类似 String），而 CStr 是借用引用（类似 &str）。

在 Unix 系统上需要 OsStrExt trait，才能把字节直接转成 OsStr。

3.7 练习：FFI 封装 on 编程那些事儿

3.7.1 解答

3.7.1 解答