pointers - `*const T` 和 *mut T` 原始指针有什么区别？

Question

我正在编写一些不安全的 Rust 代码，所以我需要知道 *const T 之间的确切区别和 *mut T .我认为它就像 &T和 &mut T (即你不能通过 T 改变 &T ，句号)，但事实并非如此!

例如指针包装NonNull<T>定义如下 ( source ):

pub struct NonNull<T: ?Sized> {
    pointer: *const T,
}

但是，有可能获得 *mut T从这个包装器通过 as_ptr ，其定义为:

pub const fn as_ptr(self) -> *mut T {
    self.pointer as *mut T
}

函数甚至没有标记为 unsafe !我不允许从 &T 转换至 &mut T (有充分的理由!)，但显然这样的指针是可以的。

Nomicon 在 the chapter about variance 中提到那*const T和 *mut T方差不同:

• *const T: covariant
• *mut T: invariant

这是指针类型之间的唯一区别吗？这对我来说似乎很奇怪......

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指针类型之间到底有什么区别？*const T有限制吗？那*mut T没有？如果差异很小:在语言中包含这两种指针类型的其他原因是什么？

Answer 1

*const T 之间的区别和 *mut T

毫不奇怪，可变和常量原始指针之间的主要区别在于，取消引用它们会产生可变还是不可变的位置表达式。取消引用 const 指针会产生不可变的 place expression , 取消引用一个可变指针会产生一个可变指针。可变性的含义 according to the language reference这是:

For a place expression to be assigned to, mutably borrowed, implicitly mutably borrowed, or bound to a pattern containing ref mut it must be mutable.

const 和可变指针之间的另一个区别是类型的差异，正如您已经指出的，我认为仅此而已。

可变指针和常量指针之间的转换

你可以投一个*const T到 *mut T在安全代码中，因为可变性的差异只有在您取消引用指针后才变得相关，并且取消引用原始指针无论如何都是不安全的操作。如果不强制转换为可变指针，则无法为 const 指针指向的内存获取可变位置表达式。

Rust 可以对原始指针的可变性放宽一点的一个原因是，与引用相比，它不对原始指针的别名做出任何假设。参见 What are the semantics for dereferencing raw pointers?了解更多详情。

为什么是NonNull使用 *const T ？

NonNull指针类型用作智能指针的构建 block ，如 Box和 Rc .这些类型公开了遵循通常的 Rust 引用规则的接口(interface)——指针对象的变异只能通过智能指针本身的所有权或可变引用来实现，并且指针对象的共享引用只能通过借用智能指针本身来获得.这意味着这些类型协变是安全的，只有在 NonNull 时才有可能。是协变的，这反过来意味着我们需要使用 *const T而不是 *mut T .

为什么语言包含两种不同类型的指针，如果它们如此相似？

让我们考虑替代方案。如果只有一个指针类型，它必然需要是可变指针——否则我们将无法通过原始指针修改任何内容。但是该指针类型也需要是协变的，否则我们将无法构建协变智能指针类型。 (总是可以通过在结构中包含 PhantomData<some invariant type> 来放弃协变性，但是一旦您的结构被其成员之一呈现为不变性，就无法使其再次协变。)由于可变引用是不变的，因此行为这种虚构的指针类型会有些令人惊讶。

另一方面，拥有两种不同的指针类型可以很好地类比引用:const 指针是协变的并且对不可变位置表达式解引用，就像共享引用一样，而可变指针是不变的并且对可变位置表达式解引用，就像可变引用一样。

我只能推测这些是否是语言设计的真正原因，因为我找不到关于该主题的任何讨论，但这个决定对我来说似乎并非不合理。