c - 将数组分配给* mut c_void

Question

我正在为库编写绑定(bind)，其中在Rust中有一个参数类型为void* aka *mut c_void的函数。我必须为此参数分配一个数组，如何在Rust中做到这一点？

我试过强制转换transmute，它不起作用(transmute说c_void和[u8]的大小不同)。如果有关系，我将从 vector 中获取切片。

更新:也许以某种方式使用vec.as_mut_ptr()可能是正确的？

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Answer 1

您描述的API看起来非常可疑。请记住，实际上C中没有“数组”-数组只是指针的另一个名称，该指针指向连续放置在内存中的相同类型的多个值的开头。因此，不可能仅在C语言中“分配”一个数组。有两个概念可以理解为“分配”到数组:首先，在某个地方分配一个指向数组开头的指针:

const char *s1 = "hello";
const char *s2 = "world";

const char *s = s1;  // make `s` contain a pointer to "hello"
s = s2;  // make `s` contain a pointer to "world"

其次，它是将某些数据从一个指针复制到另一个指针，这通常是使用 memcpy()或类似的方法完成的:

const char *s1 = "hello";

char s2[5];
memcpy(s2, s1, 5);  // copy 5 bytes from the memory pointed at by `s1` to the memory pointed at by `s2`

当我说您的API可疑时，您现在可能已经明白我的意思了。您的回调函数被指定为 void *，但是，没有指示应使用哪种“数组复制”方法。

如果是第一个，即将指针复制到数组的开头，那么 void *类型是非常无用的。它没有说该指针应该如何表示。您似乎正试图做到这一点；但是，它不会像您想的那样起作用。这是您的代码的编译变体(请注意，这是错误的，很可能会使您的程序崩溃；请参见下文):

#![feature(libc)]
extern crate libc;

use libc::c_void;

pub extern fn demo(data: *mut *mut c_void) {
    let mut vec = vec!(1, 2, 3);
    unsafe {
        *data = vec.as_mut_ptr() as *mut c_void;
    }
}

(请注意，由于autoderef的原因，您可以直接在包含 vector 的 as_mut_ptr()变量上调用 mut)

现在，参数类型不仅是 *mut c_void，而且是 *mut *mut c_void，即它是 *mut c_void的指针。这样，调用此函数的程序可以将指向 void *类型的局部变量的指针传递给该函数，并获得指向实际数组的指针，例如

void *data;
some_struct.callback_fn(&data);  // pointer to `demo` is stored in `some_struct`
// data is now whatever your `demo` function has assigned

请注意，您无法明智地使 demo仅接受 *mut c_void，因为您唯一可以做的就是重新分配参数本身，但是重新分配参数只会重新分配此参数值，即此参数表示的局部变量。在函数外部无法观察到这一点。换句话说，以下代码(也是您提供的代码的变体):

pub extern fn demo(mut data: *mut c_void) {
    let mut vec = vec!(1, 2, 3);
    data = vec.as_mut_ptr() as *mut c_void;
}

什么都不做，Rust很高兴指出这一点:

<anon>:6:20: 6:28 warning: variable `data` is assigned to, but never used, #[warn(unused_variables)] on by default
<anon>:6 pub extern fn demo(mut data: *mut c_void) {
                            ^~~~~~~~
<anon>:8:5: 8:9 warning: value assigned to `data` is never read, #[warn(unused_assignments)] on by default
<anon>:8     data = vec.as_mut_ptr() as *mut c_void;
             ^~~~

我说 *mut *mut c_void的代码错误的原因是，它实际上违反了内存安全性。如果创建 Vec实例并将其存储到本地变量，则当此变量超出范围时， vector 本身将被销毁，并且其包装的内存将被释放。因此，使用 as_ptr()或 as_mut_ptr()从其获得的每个指针都将变为无效。

有几种方法可以解决此问题，最简单的方法是对 vector ​​进行 forget()编码:

use std::mem;

let mut vec = vec![1, 2, 3];
*data = vec.as_mut_ptr() as *mut c_void;
mem::forget(vec);

这样， vector 被“遗忘了”-它的析构函数将不会被调用。但是，这种方式会在程序中引入内存泄漏。每次调用 demo()时，会分配更多的内存，但不会释放更多的内存，因此最终，您的程序将使用所有可用的内存，之后可能会崩溃。但是，在某些情况下这样做是明智的，尤其是在低级代码中。例如，您的API可能指定仅将调用此函数一次。

这种方法的另一个问题是上述方法的逻辑后果。您的API可以指定谁应该释放提供给它的指针处的内存。例如，它可能需要传递一个分配了 malloc()的内存，这样它才可以单独使用 free()释放它。或者它可以指定您应该定义另一个函数，当所有分配的内存都应释放时将调用该函数。两种方法都很难在Rust中实现；除非确实是您的情况，否则我不会详细介绍如何执行此操作。无论如何，您的API必须明确指定内存的拥有者，并且应将其考虑在内，因为Rust更明确地说明了所有权。

另一种可能性是您的API要求您将一些数据复制到 void *指针指定的内存中。换句话说，其实现包含这样的代码:

char buffer[256];
some_struct.callback_fn(buffer);

并期望在调用 callback_fn之后， buffer中会填充数据。

在这种情况下，API自然必须指定程序可以使用的缓冲区中的最大字节数，并且 demo函数可能如下所示:

use std::ptr;
use libc::c_void;

pub extern fn demo(data: *mut c_void) {
    let vec: Vec<u8> = vec!(1, 2, 3);
    unsafe { 
        ptr::copy_nonoverlapping(vec.as_ptr(), data as *mut u8, vec.len());
    }
}

(或者，您可以使用 data 将 &mut [u8]转换为 std::slice::from_raw_parts_mut()并使用 clone_from_slice() 方法或 bytes::copy_memory() 函数，但它们都是不稳定的，因此不能在稳定的Rust上使用)

在这种情况下，您应格外小心，不要使调用程序提供给您的缓冲区溢出。其最大大小应在API中指定。

另一个问题是，仅对字节数组(在C端使用 char *，在Rust端使用 &[u8]/&mut [u8])复制数组很简单。当您开始使用更大的类型(例如 i32)时，您将有可能出现可移植性问题。例如，在 C中 int没有定义的大小，因此您不能盲目地将 &[i32]转换为原始大小四倍的 &[u8]并将其字节复制到 *mut u8。这些问题应非常小心地处理。