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Rust裸指針的安全性實(shí)例講解

 更新時(shí)間:2023年05月11日 14:20:28   作者:GP-Bullet  
裸指針是一個(gè)不包含所有權(quán)和借用關(guān)系的原始指針,它們與常規(guī)指針相比沒(méi)有任何限制和保護(hù)措施,這篇文章主要介紹了Rust裸指針的安全性實(shí)例,需要的朋友可以參考下
/// @brief 初始化cfs調(diào)度器
pub unsafe fn sched_cfs_init() {
    if CFS_SCHEDULER_PTR.is_null() {
        CFS_SCHEDULER_PTR = Box::leak(Box::new(SchedulerCFS::new()));
    } else {
        kBUG!("Try to init CFS Scheduler twice.");
        panic!("Try to init CFS Scheduler twice.");
    }
}

如果CFS_SCHEDULER_PTR是空指針,則創(chuàng)建一個(gè)名為SchedulerCFS的新實(shí)例,并將其封裝到一個(gè)Box對(duì)象中。然后通過(guò)Box::leak()函數(shù)將其轉(zhuǎn)換為裸指針(即將其所有權(quán)轉(zhuǎn)讓給全局指針CFD_SCHEDULER_PTR)。這個(gè)操作非常危險(xiǎn),因?yàn)槁阒羔樀纳芷诓](méi)有明確規(guī)定,所以需要注意避免出現(xiàn)內(nèi)存泄漏或多重釋放的問(wèn)題。

如果CFS_SCHEDULER_PTR不是空指針,則說(shuō)明調(diào)度器已經(jīng)被初始化過(guò)了,不能重復(fù)初始化。在這種情況下,我們會(huì)通過(guò)kBUG!()宏打印一個(gè)日志信息,然后通過(guò)panic!()函數(shù)拋出一個(gè)恐慌(即類似于拋出一個(gè)異常)。這將導(dǎo)致程序崩潰并終止運(yùn)行。

裸指針是一個(gè)不包含所有權(quán)和借用關(guān)系的原始指針,它們與常規(guī)指針相比沒(méi)有任何限制和保護(hù)措施。在Rust中,為了避免內(nèi)存安全問(wèn)題,推薦使用引用和智能指針來(lái)管理內(nèi)存。

如果必須使用裸指針,則需要明確控制它們的生命周期,以避免出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)條件或使用無(wú)效指針的情況。具體而言,有以下幾個(gè)注意點(diǎn):

  • 裸指針通常只在FFI(Foreign Function Interface)調(diào)用或編寫(xiě)底層內(nèi)核代碼時(shí)使用。
  • 在創(chuàng)建裸指針之前,需要確保所指向的內(nèi)存塊已經(jīng)被分配,并且在指針的整個(gè)生命期內(nèi)都處于有效狀態(tài)。
  • 避免多個(gè)裸指針共享同一塊內(nèi)存,并確保裸指針的復(fù)制和移動(dòng)操作不會(huì)導(dǎo)致資源重復(fù)釋放或泄漏。
  • 使用unsafe代碼塊進(jìn)行包裝,以確保編譯器無(wú)法自動(dòng)檢查這些代碼段,以及標(biāo)記出哪些代碼可能涉及到不安全的操作,并提醒開(kāi)發(fā)者注意可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。

所有權(quán)和借用

在Rust中,所有權(quán)和借用是一種內(nèi)存管理機(jī)制,它能夠保證程序在編譯期間就能檢測(cè)到內(nèi)存錯(cuò)誤,并防止發(fā)生運(yùn)行時(shí)的安全問(wèn)題。具體而言,當(dāng)一個(gè)值被綁定到一個(gè)變量上時(shí),其所有權(quán)會(huì)轉(zhuǎn)移到該變量所在的作用域中,同時(shí)只有在滿足借用限制條件的情況下才能訪問(wèn)該值。

相比之下,裸指針并不包含所有權(quán)和借用關(guān)系,它們只是指向某個(gè)地址的原始指針,與其所指向的值之間沒(méi)有任何關(guān)聯(lián)。這意味著,在使用裸指針時(shí)需要開(kāi)發(fā)者自己負(fù)責(zé)內(nèi)存的安全性和正確性。

舉個(gè)例子,假設(shè)有一個(gè)包含整型數(shù)據(jù)的數(shù)組,我們可以通過(guò)以下方式創(chuàng)建一個(gè)含有裸指針的函數(shù):

fn main() {
    let array = [1, 2, 3, 4, 5];
    let raw_pointer: *const i32 = &array[0] as *const i32;
}

這里我們定義了一個(gè)名為raw_pointer的裸指針,其中&array[0]獲取了數(shù)組第一個(gè)元素的引用,然后將其強(qiáng)制轉(zhuǎn)化為*const i32類型的原始指針。由于裸指針沒(méi)有所有權(quán)和借用關(guān)系,因此在創(chuàng)建完raw_pointer后,我們還需要手動(dòng)控制其生命周期和內(nèi)存的正確釋放。而通過(guò)使用引用或智能指針可以避免這些問(wèn)題。

控制其生命周期和內(nèi)存的正確釋放:

fn main() {
    let array = [1, 2, 3, 4, 5];
    let raw_pointer: *const i32 = &array[0] as *const i32;
    // 創(chuàng)建一個(gè)指向同一位置的不可變引用
    let pointer_ref = unsafe { &*raw_pointer };
    // 打印引用值,說(shuō)明指針操作成功
    println!("Pointer Ref Value: {}", pointer_ref);
    // 手動(dòng)釋放指針內(nèi)存
    unsafe {
        // 轉(zhuǎn)換回Box類型方便我們確保及時(shí)釋放內(nèi)存
        let box_ptr = Box::from_raw(raw_pointer as *mut i32);
        // box_ptr現(xiàn)在擁有從原先的指針獲取過(guò)來(lái)的所有權(quán)
        // 這里并沒(méi)有立即釋放內(nèi)存,因?yàn)閎ox_ptr仍然在作用域中
        // Rust會(huì)自動(dòng)在box_ptr離開(kāi)作用域后執(zhí)行drop函數(shù),釋放內(nèi)存
        drop(box_ptr);
    }
}

看回最初的代碼:修改

static mut CFS_SCHEDULER_PTR: Option<Box<SchedulerCFS>> = None;
pub fn sched_cfs_init() {
    unsafe {
        if CFS_SCHEDULER_PTR.is_none() {
            let scheduler = Box::new(SchedulerCFS::new());
            CFS_SCHEDULER_PTR = Some(scheduler);
        } else {
            kBUG!("Try to init CFS Scheduler twice.");
            panic!("Try to init CFS Scheduler twice.");
        }
    }
}

在上述代碼中,我們將CFS_SCHEDULER_PTR的類型改為了Option<Box<SchedulerCFS>>,表示這是一個(gè)可空指針。在初始化CFS調(diào)度器時(shí),如果CFS_SCHEDULER_PTR還沒(méi)有被分配,則創(chuàng)建一個(gè)新的調(diào)度器實(shí)例并將其封裝在Box中,然后通過(guò)Some()將其包裝成一個(gè)Option。如果CFS_SCHEDULER_PTR已經(jīng)被分配,則會(huì)觸發(fā)panic。對(duì)于裸指針的管理和釋放等操作,由Rust編譯器自動(dòng)處理,提高了代碼的安全性和可維護(hù)性。

到此這篇關(guān)于Rust裸指針的安全性實(shí)例的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Rust裸指針內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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