add unsafe简介

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sunface 3 years ago
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# unsafe # unsafe 简介
圣人论迹不论心,论心世上无圣人,对于编程语言而言,亦是如此。
虽然在本章之前,我们学到的代码都是在编译期就得到了 Rust 的安全保障,但是在其内心深处也隐藏了一些阴暗面,在这些阴暗面里,内存安全就存在一些变数了:当不娴熟的开发者接触到这些阴暗面,就可能写出不安全的代码,因此我们称这种代码为 `unsafe` 代码块。
## 为何会有 unsafe
几乎每个语言都有 `unsafe` 关键字,但 Rust 语言使用 `unsafe` 的原因可能与其它编程语言还有所不同。
#### 过强的编译器
说来尴尬,`unsafe` 的存在主要是因为 Rust 的静态检查太强了,但是强就算了,它还很保守,这就会导致当编译器在分析代码时,一些正确代码会因为编译器无法分析出它的所有正确性,结果将这段代码拒绝,导致编译错误。
这种保守的选择确实也没有错,毕竟安全就是要防微杜渐,但是对于使用者来说,就不是那么愉快的事了,特别是当配合 Rust 的所有权系统一起使用时,有个别问题是真的棘手和难以解决。
举个例子,在之前的自引用章节中,我们就提到了相关的编译检查是很难绕过的,如果想要绕过,最常用的方法之一就是使用 [`unsafe` 和 `Pin`](https://course.rs/advance/circle-self-ref/self-referential.html)。
好在,当遇到这些情况时,我们可以使用 `unsafe` 来解决。此时,你需要替代编译器的部分职责对 `unsafe` 代码的正确性负责,例如在正常代码中不可能遇到的空指针解引用问题在 `unsafe` 中就可能会遇到,我们就需要自己来处理好这些类似的问题。
#### 特定任务的需要
至于 `unsafe` 存在的另一个原因就是:它必须要存在。原因是计算机底层的一些硬件就是不安全的,如果 Rust 只允许你做安全的操作,那一些任务就无法完成,换句话说,我们还怎么跟 C++ 干架?
Rust 的一个主要定位就是系统编程,众所周知,系统编程就是底层编程,往往需要直接跟操作系统打交道,甚至于去实现一个操作系统。而为了实现底层系统编程,`unsafe` 就是必不可少的。
在了解了为何会有 `unsafe` 后,我们再来看看,除了这些必要性,`unsafe` 还能给我们带来哪些超能力。
## unsafe 的超能力
使用 `unsafe` 非常简单,只要用将对应的代码块标记下即可:
```rust
fn main() {
let mut num = 5;
let r1 = &num as *const i32;
unsafe {
println!("r1 is: {}", *r1);
}
}
```
上面代码中, `r1` 是一个原生指针(又称裸指针raw pointer),由于它具有破坏 Rust 内存安全的潜力,因此只能在 `unsafe` 代码块中使用,如果你去掉 `unsafe {}`,编译器会立刻报错。
言归正传, `unsafe` 能赋予我们 5 种超能力,这些能力在安全的 Rust 代码中是无法获取的:
- 解引用原生指针,就如上例所示
- 调用一个 `unsafe` 或外部的函数
- 访问或修改一个可变的[静态变量](https://course.rs/advance/global-variable.html#静态变量)
- 实现一个 `unsafe` 特征
- 访问 `union` 中的字段
在本章中,我们将着重讲解原生指针和 FFI 的使用。
## unsafe 的安全保证
曾经在 `reddit` 上有一个讨论还挺热闹的,是关于 `unsafe` 的命名是否合适,总之公有公理,婆有婆理,但有一点是不可否认的:虽然名称自带不安全,但是 Rust 依然提供了强大的安全支撑。
首先,`unsafe` 并不能绕过 Rust 的借用检查,也不能关闭任何 Rust 的安全检查规则,例如当你在 `unsafe` 中使用**引用**时,该有的检查一样都不会少。
因此 `unsafe` 能给大家提供的也仅仅是之前的 5 种超能力在使用这5种能力时编译器才不会进行内存安全方面的检查最典型的就是使用**原生指针**(引用和原生指针有很大的区别)。
## 谈虎色变?
在网上充斥着这样的言论:千万不要使用 `unsafe因为它不安全甚至有些库会以没有` unsafe 代码作为噱头来吸引用户。事实上大可不必如果按照这个标准Rust 的标准库也将不复存在!
Rust 中的 `unsafe` 其实没有那么可怕,虽然听上去很不安全,但是实际上 Rust 依然提供了很多机制来帮我们提升了安全性,因此不必像对待 Go 语言的 `unsafe` 那样去畏惧于使用Rust中的 `unsafe`
大致使用原则总结如下:没必要用时,就不要用,当有必要用时,就大胆用,但是尽量控制好边界,让 `unsafe` 的范围尽可能小。
## 控制 unsafe 的使用边界
`unsafe` 不安全,但是该用的时候就要用,在一些时候,它能帮助我们大幅降低代码实现的成本。
而作为使用者,你的水平决定了 `unsafe` 到底有多不安全,因此你需要在 `unsafe` 中小心谨慎地去访问内存。
即使做到小心谨慎,依然会有出错的可能性,但是 `unsafe` 语句块决定了:就算内存访问出错了,你也能立刻意识到,错误是在 `unsafe` 代码块中,而不花大量时间像无头苍蝇一样去寻找问题所在。
正因为此,写代码时要尽量控制好 `unsafe` 的边界大小,越小的 `unsafe` 越会我们在未来感谢自己当初的选择。
除了控制边界大小,另一个很常用的方式就是在 `unsafe` 代码块外包裹一层 `safe` 的 API例如一个函数声明为 safe 的,然后在其内部有一块儿是 `unsafe` 代码。
> 忍不住抱怨一句,内存安全方面的 bug ,是真心难查!

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