4.3.1 示例：引用

译文 · 基于 Comprehensive Rust

原文链接: https://google.github.io/comprehensive-rust/unsafe-deep-dive/safety-preconditions/references.html

4.3.1 示例：引用

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fn main() {
    let mut boxed = Box::new(123);
    let a: *mut i32 = &mut *boxed as *mut i32;
    let b: *mut i32 = std::ptr::null_mut();

    println!("{:?}", *a);
    println!("{:?}", b.as_mut());
}

确认对语法的理解

• Box<i32> 类型是对堆上整数的引用，由 box 拥有。

• *mut i32 类型是所谓的原始指针（raw pointer），指向编译器不知道所有权的整数。程序员需要在无编译器协助的情况下自行保证规则。

  • 注意：原始指针不向 Rust 提供所有权信息。指针在语义上可以拥有数据，也可以借用数据，但该信息只存在于程序员的头脑中。

• &mut *boxed as *mut _ 表达式：

  • *boxed 是……
  • &mut *boxed 是……
  • 最后，as *mut i32 将引用转换为指针。

• 引用（如 &mut i32）会「借用」（borrow）其指向的对象。这是 Rust 的所有权（ownership）系统。

确认对所有权（ownership）的理解

• 逐步讲解代码：

  • （第 3 行）通过解引用 box、创建新引用并将该引用转换为指针，得到指向 123 的原始指针。
  • （第 4 行）创建值为 NULL 的原始指针
  • （第 7 行）用 .as_mut() 将原始指针转换为 Option

• 强调 Rust 中的指针可以为 null（与引用不同）。

• 编译以查看错误信息。

• 讨论

  • （第 6 行）println!("{:?}", *a);
    • 前缀 * 解引用原始指针。
    • 这是显式操作。而普通引用大多时候得益于 Deref trait 会隐式解引用。这称为「自动解引用」（auto-deref）。
    • 解引用原始指针是不安全操作。
    • 需要 unsafe 块。
  • （第 7 行）println!("{:?}", b.as_mut());
    • as_mut() 是不安全函数。
    • 调用不安全函数需要 unsafe 块。

• 演示：修复代码（添加 unsafe 块）并再次编译，展示可运行的程序。

• 演示：将 as *mut i32 替换为 as *mut _，说明可以编译。

  • 我们可以在类型转换中部分省略目标类型。Rust 编译器知道转换源是 &mut i32。该引用类型只能转换为一种指针类型 *mut i32。

• 添加 SAFETY 注释：

  • 我们说 unsafe 代码标志着责任从编译器转移到程序员。
  • 如何表明我们在编写 unsafe 代码时已考虑这些特殊责任？SAFETY 注释。
  • SAFETY 注释解释 unsafe 代码为何正确。
  • 没有 SAFETY 注释，unsafe 代码就不安全。

• 讨论：使用一个大 unsafe 块还是两个较小的块：

  • 可以使用单个 unsafe 块，而不是多个。
  • 使用多个块可以让 SAFETY 注释尽可能具体。

建议解法

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fn main() {
    let mut boxed = Box::new(123);
    let a: *mut i32 = &mut *boxed as *mut i32;
    let b: *mut i32 = std::ptr::null_mut();

    // SAFETY：`a` 是指向 i32 的非 null 指针，已初始化且仍在分配中。
    println!("{:?}", unsafe { *a });

    // SAFETY：`b` 是 null 指针，`as_mut()` 会将其转换为 `None`。
    println!("{:?}", unsafe { b.as_mut() });
}