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@ -2,24 +2,24 @@
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古龙有一部小说，名为"七种兵器"，其中每一种都精妙绝伦，令人闻风丧胆，而 `unsafe` 也有五种兵器，它们可以让你拥有其它代码无法实现的能力，同时它们也像七种兵器一样令人闻风丧胆，下面一起来看看庐山真面目。
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## 解引用原生指针
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## 解引用裸指针
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原生指针(raw pointer) 又称裸指针，在功能上跟引用类似，同时它也需要显式地注明可变性。但是又和引用有所不同，原生指针长这样: `*const T` 和 `*mut T`，它们分别代表了不可变和可变。
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裸指针(raw pointer) 又称裸指针，在功能上跟引用类似，同时它也需要显式地注明可变性。但是又和引用有所不同，裸指针长这样: `*const T` 和 `*mut T`，它们分别代表了不可变和可变。
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大家在之前学过 `*` 操作符，知道它可以用于解引用，但是在原生指针 `*const T` 中，这里的 `*` 只是类型名称的一部分，并没有解引用的含义。
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大家在之前学过 `*` 操作符，知道它可以用于解引用，但是在裸指针 `*const T` 中，这里的 `*` 只是类型名称的一部分，并没有解引用的含义。
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至此，我们已经学过三种类似指针的概念：引用、智能指针和原生指针。与前两者不同，原生指针：
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至此，我们已经学过三种类似指针的概念：引用、智能指针和裸指针。与前两者不同，裸指针：
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- 可以绕过 Rust 的借用规则，可以同时拥有一个数据的可变、不可变指针，甚至还能拥有多个可变的指针
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- 并不能保证指向合法的内存
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- 可以是 `null`
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- 没有实现任何自动的回收 (drop)
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总之，原生指针跟 C 指针是非常像的，使用它需要以牺牲安全性为前提，但我们获得了更好的性能，也可以跟其它语言或硬件打交道。
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总之，裸指针跟 C 指针是非常像的，使用它需要以牺牲安全性为前提，但我们获得了更好的性能，也可以跟其它语言或硬件打交道。
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#### 基于引用创建原生指针
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#### 基于引用创建裸指针
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下面的代码**基于值的引用**同时创建了可变和不可变的原生指针：
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下面的代码**基于值的引用**同时创建了可变和不可变的裸指针：
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```rust
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let mut num = 5;
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@ -28,9 +28,9 @@ let r1 = &num as *const i32;
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let r2 = &mut num as *mut i32;
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```
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`as` 可以用于强制类型转换，在[之前章节](https://course.rs/basic/converse.html)中有讲解。在这里，我们将引用 `&num / &mut num` 强转为相应的原生指针 `*const i32 / *mut i32`。
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`as` 可以用于强制类型转换，在[之前章节](https://course.rs/basic/converse.html)中有讲解。在这里，我们将引用 `&num / &mut num` 强转为相应的裸指针 `*const i32 / *mut i32`。
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细心的同学可能会发现，在这段代码中并没有 `unsafe` 的身影，原因在于：**创建原生指针是安全的行为，而解引用原生指针才是不安全的行为** :
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细心的同学可能会发现，在这段代码中并没有 `unsafe` 的身影，原因在于：**创建裸指针是安全的行为，而解引用裸指针才是不安全的行为** :
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```rust
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fn main() {
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@ -44,16 +44,16 @@ fn main() {
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}
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```
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#### 基于内存地址创建原生指针
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#### 基于内存地址创建裸指针
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在上面例子中，我们基于现有的引用来创建原生指针，这种行为是很安全的。但是接下来的方式就不安全了：
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在上面例子中，我们基于现有的引用来创建裸指针，这种行为是很安全的。但是接下来的方式就不安全了：
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```rust
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let address = 0x012345usize;
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let r = address as *const i32;
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```
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这里基于一个内存地址来创建原生指针，可以想像，这种行为是相当危险的。试图使用任意的内存地址往往是一种未定义的行为(undefined behavior)，因为该内存地址有可能存在值，也有可能没有，就算有值，也大概率不是你需要的值。
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这里基于一个内存地址来创建裸指针，可以想像，这种行为是相当危险的。试图使用任意的内存地址往往是一种未定义的行为(undefined behavior)，因为该内存地址有可能存在值，也有可能没有，就算有值，也大概率不是你需要的值。
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同时编译器也有可能会优化这段代码，会造成没有任何内存访问发生，甚至程序还可能发生段错误(segmentation fault)。**总之，你几乎没有好的理由像上面这样实现代码，虽然它是可行的**。
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@ -82,7 +82,7 @@ fn main() {
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"The {} bytes at 0x{:X} stored: {}",
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length, pointer, message
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);
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// 如果大家想知道为何处理原生指针需要 `unsafe`，可以试着反注释以下代码
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// 如果大家想知道为何处理裸指针需要 `unsafe`，可以试着反注释以下代码
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// let message = get_str_at_location(1000, 10);
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}
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```
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@ -100,13 +100,13 @@ unsafe {
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}
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```
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使用 `*` 可以对原生指针进行解引用，由于该指针的内存安全性并没有任何保证，因此我们需要使用 `unsafe` 来包裹解引用的逻辑(切记，`unsafe` 语句块的范围一定要尽可能的小，具体原因在上一章节有讲)。
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使用 `*` 可以对裸指针进行解引用，由于该指针的内存安全性并没有任何保证，因此我们需要使用 `unsafe` 来包裹解引用的逻辑(切记，`unsafe` 语句块的范围一定要尽可能的小，具体原因在上一章节有讲)。
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以上代码另一个值得注意的点就是：除了使用 `as` 来显式的转换，我们还使用了隐式的转换方式 `let c: *const i32 = &a;`。在实际使用中，我们建议使用 `as` 来转换，因为这种显式的方式更有助于提醒用户：你在使用的指针是原生指针，需要小心。
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以上代码另一个值得注意的点就是：除了使用 `as` 来显式的转换，我们还使用了隐式的转换方式 `let c: *const i32 = &a;`。在实际使用中，我们建议使用 `as` 来转换，因为这种显式的方式更有助于提醒用户：你在使用的指针是裸指针，需要小心。
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#### 基于智能指针创建原生指针
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#### 基于智能指针创建裸指针
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还有一种创建原生指针的方式，那就是基于智能指针来创建:
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还有一种创建裸指针的方式，那就是基于智能指针来创建:
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```rust
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let a: Box<i32> = Box::new(10);
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@ -118,9 +118,9 @@ let c: *const i32 = Box::into_raw(a);
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#### 小结
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像之前代码演示的那样，使用原生指针可以让我们创建两个可变指针都指向同一个数据，如果使用安全的 Rust，你是无法做到这一点的，违背了借用规则，编译器会对我们进行无情的阻止。因此原生指针可以绕过借用规则，但是由此带来的数据竞争问题，就需要大家自己来处理了，总之，需要小心！
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像之前代码演示的那样，使用裸指针可以让我们创建两个可变指针都指向同一个数据，如果使用安全的 Rust，你是无法做到这一点的，违背了借用规则，编译器会对我们进行无情的阻止。因此裸指针可以绕过借用规则，但是由此带来的数据竞争问题，就需要大家自己来处理了，总之，需要小心！
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既然这么危险，为何还要使用原生指针？除了之前提到的性能等原因，还有一个重要用途就是跟 `C` 语言的代码进行交互( FFI )，在讲解 FFI 之前，先来看看如何调用 unsafe 函数或方法。
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既然这么危险，为何还要使用裸指针？除了之前提到的性能等原因，还有一个重要用途就是跟 `C` 语言的代码进行交互( FFI )，在讲解 FFI 之前，先来看看如何调用 unsafe 函数或方法。
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## 调用 unsafe 函数或方法
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@ -223,13 +223,13 @@ fn split_at_mut(slice: &mut [i32], mid: usize) -> (&mut [i32], &mut [i32]) {
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相比安全实现，这段代码就显得没那么好理解了，甚至于我们还需要像 C 语言那样，通过指针地址的偏移去控制数组的分割。
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- `as_mut_ptr` 会返回指向 `slice` 首地址的原生指针 `*mut i32`
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- `as_mut_ptr` 会返回指向 `slice` 首地址的裸指针 `*mut i32`
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- `slice::from_raw_parts_mut` 函数通过指针和长度来创建一个新的切片，简单来说，该切片的初始地址是 `ptr`，长度为 `mid`
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- `ptr.add(mid)` 可以获取第二个切片的初始地址，由于切片中的元素是 `i32` 类型，每个元素都占用了 4 个字节的内存大小，因此我们不能简单的用 `ptr + mid` 来作为初始地址，而应该使用 `ptr + 4 * mid`，但是这种使用方式并不安全，因此 `.add` 方法是最佳选择
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由于 `slice::from_raw_parts_mut` 使用原生指针作为参数，因此它是一个 `unsafe fn`，我们在使用它时，就必须用 `unsafe` 语句块进行包裹，类似的，`.add` 方法也是如此(还是那句话，不要将无关的代码包含在 `unsafe` 语句块中)。
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由于 `slice::from_raw_parts_mut` 使用裸指针作为参数，因此它是一个 `unsafe fn`，我们在使用它时，就必须用 `unsafe` 语句块进行包裹，类似的，`.add` 方法也是如此(还是那句话，不要将无关的代码包含在 `unsafe` 语句块中)。
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部分同学可能会有疑问，那这段代码我们怎么保证 `unsafe` 中使用的原生指针 `ptr` 和 `ptr.add(mid)` 是合法的呢？秘诀就在于 `assert!(mid <= len);` ，通过这个断言，我们保证了原生指针一定指向了 `slice` 切片中的某个元素，而不是一个莫名其妙的内存地址。
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部分同学可能会有疑问，那这段代码我们怎么保证 `unsafe` 中使用的裸指针 `ptr` 和 `ptr.add(mid)` 是合法的呢？秘诀就在于 `assert!(mid <= len);` ，通过这个断言，我们保证了裸指针一定指向了 `slice` 切片中的某个元素，而不是一个莫名其妙的内存地址。
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再回到我们的主题：**虽然 split_at_mut 使用了 `unsafe`，但我们无需将其声明为 `unsafe fn`**，这种情况下就是使用安全的抽象包裹 `unsafe` 代码，这里的 `unsafe` 使用是非常安全的，因为我们从合法数据中创建了的合法指针。
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@ -315,7 +315,7 @@ pub extern "C" fn call_from_c() {
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## 实现 unsafe 特征
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说实话，`unsafe` 的特征确实不多见，如果大家还记得的话，我们在之前的 [Send 和 Sync](https://course.rs/advance/concurrency-with-threads/send-sync.html#为原生指针实现sync) 章节中实现过 `unsafe` 特征 `Send`。
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说实话，`unsafe` 的特征确实不多见，如果大家还记得的话，我们在之前的 [Send 和 Sync](https://course.rs/advance/concurrency-with-threads/send-sync.html#为裸指针实现sync) 章节中实现过 `unsafe` 特征 `Send`。
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之所以会有 `unsafe` 的特征，是因为该特征至少有一个方法包含有编译器无法验证的内容。`unsafe` 特征的声明很简单：
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@ -333,7 +333,7 @@ fn main() {}
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通过 `unsafe impl` 的使用，我们告诉编译器：相应的正确性由我们自己来保证。
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再回到刚提到的 `Send` 特征，若我们的类型中的所有字段都实现了 `Send` 特征，那该类型也会自动实现 `Send`。但是如果我们想要为某个类型手动实现 `Send` ，例如为原生指针，那么就必须使用 `unsafe`，相关的代码在之前的链接中也有，大家可以移步查看。
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再回到刚提到的 `Send` 特征，若我们的类型中的所有字段都实现了 `Send` 特征，那该类型也会自动实现 `Send`。但是如果我们想要为某个类型手动实现 `Send` ，例如为裸指针，那么就必须使用 `unsafe`，相关的代码在之前的链接中也有，大家可以移步查看。
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总之，`Send` 特征标记为 `unsafe` 是因为 Rust 无法验证我们的类型是否能在线程间安全的传递，因此就需要通过 `unsafe` 来告诉编译器，它无需操心，剩下的交给我们自己来处理。
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sunface
3 years ago