diff --git a/README.md b/README.md index 53b3b840..f7583960 100644 --- a/README.md +++ b/README.md @@ -50,7 +50,7 @@ ## 学习社区 -为了帮助大家更好的学习和交流 Rust，我们建立了一个社区：**Rust语言学习社区**。 +为了帮助大家更好的学习和交流 Rust，我们建立了一个社区：**Rust语言学习社区**( Rust学社 )。 QQ群 1009730433， 欢迎大家加入，一起 happy，一起进步。 diff --git a/assets/bigPicture.js b/assets/bigPicture.js new file mode 100644 index 00000000..c5063bd6 --- /dev/null +++ b/assets/bigPicture.js @@ -0,0 +1 @@ +var BigPicture=function(){var t,n,e,o,i,r,a,c,p,s,l,d,u,f,m,b,g,h,x,v,y,w,_,T,k,M,S,L,E,A,H,z,I,C=[],D={},O="appendChild",N="createElement",V="removeChild";function W(){var n=t.getBoundingClientRect();return"transform:translate3D("+(n.left-(e.clientWidth-n.width)/2)+"px, "+(n.top-(e.clientHeight-n.height)/2)+"px, 0) scale3D("+t.clientWidth/o.clientWidth+", "+t.clientHeight/o.clientHeight+", 0)"}function q(t){var n=A.length-1;if(!u){if(t>0&&E===n||t<0&&!E){if(!I.loop)return j(i,""),void setTimeout(j,9,i,"animation:"+(t>0?"bpl":"bpf")+" .3s;transition:transform 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Array.prototype.forEach.call(document.getElementsByClassName("pagetoc")[0].children, function(el) { + el.classList.remove("active"); + }); + el.classList.add("active"); + }); + }); + + var updateFunction = function() { + + var id; + var elements = document.getElementsByClassName("header"); + Array.prototype.forEach.call(elements, function(el) { + if (window.pageYOffset >= el.offsetTop) { + id = el; + } + }); + + Array.prototype.forEach.call(document.getElementsByClassName("pagetoc")[0].children, function(el) { + el.classList.remove("active"); + }); + + Array.prototype.forEach.call(document.getElementsByClassName("pagetoc")[0].children, function(el) { + if (id.href.localeCompare(el.href) == 0) { + el.classList.add("active"); + } + }); + }; + + // Populate sidebar on load + window.addEventListener('load', function() { + var pagetoc = document.getElementsByClassName("pagetoc")[0]; + var elements = document.getElementsByClassName("header"); + Array.prototype.forEach.call(elements, 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a = document.createElement('a') - a.setAttribute('href', 'ch00-00-introduction.html#ferris') - a.setAttribute('target', '_blank') - - var img = document.createElement('img') - img.setAttribute('src', '/img/ferris/' + type.attr + '.svg') - img.setAttribute('title', type.title) - img.className = 'ferris' - - a.appendChild(img) - - element.parentElement.insertBefore(a, element) -} \ No newline at end of file diff --git a/assets/theme/2018-edition.css b/assets/theme/2018-edition.css deleted file mode 100644 index b1dcf936..00000000 --- a/assets/theme/2018-edition.css +++ /dev/null @@ -1,9 +0,0 @@ -span.caption { - font-size: .8em; - font-weight: 600; -} - -span.caption code { - font-size: 0.875em; - font-weight: 400; -} diff --git a/book.toml b/book.toml index 246e69a4..b72ba694 100644 --- a/book.toml +++ b/book.toml @@ -5,8 +5,8 @@ title = "Rust语言圣经(Rust教程 Rust Course)" src = "src" [output.html] -additional-css = ["assets/ferris.css", "assets/theme/2018-edition.css"] -additional-js = ["assets/ferris.js"] +additional-css = ["theme/style2.css"] +additional-js = ["assets/custom0.js", "assets/bigPicture.js"] git-repository-url = "https://github.com/sunface/rust-course" edit-url-template = "https://github.com/sunface/rust-course/edit/main/{path}" diff --git a/src/SUMMARY.md b/src/SUMMARY.md index b3aea018..cd52cb72 100644 --- a/src/SUMMARY.md +++ b/src/SUMMARY.md @@ -217,6 +217,7 @@ - [数据布局](too-many-lists/unsafe-queue/layout.md) - [基本操作](too-many-lists/unsafe-queue/basics.md) - [Miri](too-many-lists/unsafe-queue/miri.md) + - [栈借用](too-many-lists/unsafe-queue/stacked-borrow.md) - [Rust 性能优化 todo](profiling/intro.md) - [深入内存 todo](profiling/memory/intro.md) - [指针和引用 todo](profiling/memory/pointer-ref.md) diff --git a/src/too-many-lists/unsafe-queue/stacked-borrow.md b/src/too-many-lists/unsafe-queue/stacked-borrow.md new file mode 100644 index 00000000..94f8c7f4 --- /dev/null +++ b/src/too-many-lists/unsafe-queue/stacked-borrow.md @@ -0,0 +1,111 @@ +# 栈借用( Stacked Borrorw) +上一章节中我们运行 miri 时遇到了一个栈借用错误，还给了文档链接，但这些文档主要是给编译器开发者和 Rust 研究者看的，因此就不进行讲解了。 + +而这里，我们将从一个更高层次的角度来看看何为栈借用。 + +> 目前栈借用在 Rust 语义模型中还是试验阶段，因此破坏这些规则不一定说明你的程序错了。但是除非你在做编译器开发，否则最好还是修复这些错误。事前的麻烦总比事后的不安全要好，特别是当涉及到 UB 未定义行为时 + +## 指针混叠( Pointer Aliasing ) +在开始了解我们破坏的规则之前，首先应该了解为何会有这些规则的存在。这里有多个动机，但是我认为最重要的动机是： 指针混叠. + +当两个指针指向的内存区域存在重叠时，就说这两个指针发生了混叠，这种情况会造成一些问题。例如，编译器使用指针混叠的信息来优化内存的访问，当这些信息出错时，那程序就会被不正确地编译，然后产生一些奇怪的结果。 + +> 实际上，混叠更多关心的是内存访问而不是指针本身，而且只有在其中一个访问是可变的时，才可能出问题。之所以说指针，是因为指针这个概念更方便跟一些规则进行关联。 + +再比如，编译器需要获取一个值时，是该去缓存中查询还是每次都去内存中加载呢？关于这个选择，编译器需要清晰地知道是否有一个指针在背后修改内存，如果内存值被修改了，那缓存显然就失效了。 + +## 安全地栈借用 +有了之前的铺垫，大家肯定希望编译器能对指针混叠的信息了若指掌，但是可以吗？对于 Rust 正常代码而言，这种情况是可以避免的，因为严格的借用规则是我们的后盾：要么同时存在一个可变引用，要么同时存在多个不可变引用，这种规则简直完美避免了：两个指针指向同一块儿重叠内存区域，而其中一个是可变指针。 + +然而实际使用中，有一些情况会较为复杂，例如以下代码中发生了可变引用的再借用( reborrow )： +```rust +let mut data = 10; +let ref1 = &mut data; +let ref2 = &mut *ref1; + +*ref2 += 2; +*ref1 += 1; + +println!("{}", data); +``` + +看上去像是违反了借用规则，但是这段代码确实可以正常编译运行，如果交换下引用使用的顺序呢？ +```rust +let mut data = 10; +let ref1 = &mut data; +let ref2 = &mut *ref1; + +// ORDER SWAPPED! +*ref1 += 1; +*ref2 += 2; + +println!("{}", data); +``` + +```shell +error[E0503]: cannot use `*ref1` because it was mutably borrowed + --> src/main.rs:6:5 + | +4 | let ref2 = &mut *ref1; + | ---------- borrow of `*ref1` occurs here +5 | +6 | *ref1 += 1; + | ^^^^^^^^^^ use of borrowed `*ref1` +7 | *ref2 += 2; + | ---------- borrow later used here + +For more information about this error, try `rustc --explain E0503`. +error: could not compile `playground` due to previous error +``` + +果不其然，编译器抛出了错误，当我们再借用了一个可变引用时，那原始的引用就不能再被使用，直到借用者完成了任务：借用者的借用有效范围并不是看作用域，而是看最后一次使用的位置，正因为如此，第一段代码可以编译通过，而第二段不行，这是著名的生命周期 [NLL 规则](https://course.rs/advance/lifetime/advance.html#nll-non-lexical-lifetime)。 + +以上就是我们拥有再借用但是还拥有混叠信息的原因：所有的再借用都在清晰地进行嵌套，因此每个再借用都不会与其它的冲突。那大家知道什么方法可以很好的展现嵌套的事物吗？答案就是使用栈来存放这些嵌套的借用。 + +嘿，这不就是栈借用吗？ + +这个栈的顶部借用就是当前正在使用( live )的借用，而它清晰的知道在它使用的期间不会发生混叠。当对一个指针进行再借用时，新的借用会被插入到栈的顶部，并变成 live 状态。如果要将一个旧的指针变成 live，就需要将借用栈上在它之前的借用全部弹出( pop )。 + +通过栈借用的方式，我们保证了尽管存在多个再借用，但是在同一个时间，只会有一个可变引用访问目标内存，再也不用担心指针混叠的问题了。只要不去访问一个已经被弹出借用栈的指针，就会非常安全！ + +从表述方式来说，与其说使用 `ref1` 会让 `ref2` 不合法，不如说 `ref2` 必须要在所有使用情况下合法，`ref1` 恰恰是其中一种情况，会破坏 `ref2` 的合法性。而编译器的报错也是选择了第二种表述方式：无法使用 `*ref1`，原因是它已经被可变借用了，可以看出，第二种表述方式比第一种要更加符合直觉。 + +**但是，当使用 `unsafe` 指针时，借用检查器就无法再帮助我们了！** + +## 不安全地栈借用 +所以，我们现在需要一个方式让 unsafe 指针也可以参与到栈借用系统中来，即使编译器无法正确地跟踪它们。同时我们也希望这个系统能宽松一些，不要很容易就产生 UB。 + +这是一个困难的问题，我也不知道该如何解决，但是目前在编写栈借用系统的开发者显然是有想法的，例如 miri 就是其中一个产物。 + +从一个高抽象层次来看，当我们将一个引用转换成裸指针时，就是一种再借用。那么随后，裸指针就可以对目标内存进行操作，当再借用结束时，发生的事情跟正常的再借用结束也没有区别。 + +但是问题是，你还可以将一个裸指针转变成引用，最重要的是，还可以对裸指针进行拷贝！如果发生了以下转换 `&mut -> *mut -> &mut -> *mut`，然后去访问第一个 `*mut`，这种见鬼的情况下，栈借用该如何发挥作用？ + +反正我不知道，只能求助于 miri 了。事实上，正因为这种情况，miri 还提供了试验性的模式: `-Zmiri-tag-raw-pointers`。可以通过环境的方式来开启该模式： +```shell +MIRIFLAGS="-Zmiri-tag-raw-pointers" cargo +nightly-2022-01-21 miri test +``` + +如果是 Windows，你需要设置全局变量: +```shell +$env:MIRIFLAGS="-Zmiri-tag-raw-pointers" +cargo +nightly-2022-01-21 miri test +``` + +## 管理栈借用 +因为之前的问题，使用裸指针，应该遵守一个原则：**一旦开始使用裸指针，就要尝试着只使用它**。 + +现在，我们依然希望在接口中使用安全的引用去构建一个安全的抽象，例如在函数参数中使用引用而不是裸指针，这样我们的用户就无需操心 unsafe 的问题。 + +为此，我们需要做以下事情： + +1. 在开始时，将输入参数中的引用转换成裸指针 +2. 在函数体中只使用裸指针 +3. 返回之前，将裸指针转换成安全的指针 + +但是由于数据结构中的字段都是私有的，无需暴露给用户，因此无需这么麻烦，直接使用裸指针即可。 + +事实上，一个依然存在的问题就是还在继续使用 `Box`, 它会告诉编译器：hey，这个看上去很像是 `&mut` ，因为它唯一的持有那个指针。 + +但是我们在链表中一直使用的裸指针是指向 Box 的内部，所以无论何时我们通过正常的方式访问 Box，我们都有可能让该裸指针的再借用变得不合法。 + diff --git a/theme/index.hbs b/theme/index.hbs new file mode 100644 index 00000000..69134bae --- /dev/null +++ b/theme/index.hbs @@ -0,0 +1,318 @@ + + + + + + {{ title }} + {{#if is_print }} + + {{/if}} + {{#if base_url}} + + {{/if}} + + + + {{> head}} + + + + + + + {{#if favicon_svg}} + + {{/if}} + {{#if favicon_png}} + + {{/if}} + + + + {{#if print_enable}} + + {{/if}} + + + + {{#if copy_fonts}} + + {{/if}} + + + + + + + + {{#each additional_css}} + + {{/each}} + + {{#if mathjax_support}} + + + {{/if}} + + + + + + + + + + + + + + + + + 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