rust - 为什么 C 结构在从 Rust 读取时返回未对齐的垃圾数据？

Question

我正在尝试用 Rust 包装一个 C 函数。 C 函数 struct elem* get_list() 返回以下结构:

struct elem {
    char data[5],
    struct elem* next
};

在 Rust 中，我通过以下方式声明了函数。 C 函数的声明返回 *const c_void，如旧版本 Rust 文档中所述，我在撰写本文时找不到该文档。我尝试返回 *const elem 并使用指针，获得相同的结果:

extern "C" {
    pub fn get_list() -> *const c_void;
}

该结构表示一个链表，next 是指向链表下一个元素的指针。在 Rust 内部，我通过以下方式声明了结构:

#[repr(C)]
pub struct elem {
    pub data: [u8; 5],
    pub next: *const c_void,
}

该函数返回一个*const c_void 指针，指向链表的第一个元素(elem 类型)。我正在尝试使用以下代码读取链表的元素:

let head = get_list();
while !head.is_null() {
    let el: &elem = mem::transmute(head);
    let str = el.data;
    let str = CStr::from_bytes_with_nul(&str).unwrap();
    //do something
    head = el.next();
}

这会读取垃圾数据——指针没有正确对齐，字符串是错误的且非 null 终止，下一个指针指向随机数据(直接从 C 调用函数时列表的大小不同) .

我尝试使用函数返回指向 elem 的指针并且只使用指针，我尝试从 el 的地址转换 str - 它总是读取相同的垃圾数据。如何使其正确对齐？

我知道如何使用指针而不是数组来完成它，这就是它在 Rust 文档中演示的方式，但我无法更改 C 代码。

Answer 1

在我专门为这种情况编写了一个示例库之后，我发现这不是一个外部问题，而是一个 CStr 问题。由于它在示例中已修复，我将缓冲区切片到第一个 NUL 终止符的位置，因此我提供了我为正确外部化而编写的示例。

list.c

#include <stdlib.h>
#include <string.h>

struct elem {
    char data[5];
    struct elem* next;
};

struct elem* get_list() {
    struct elem* head = malloc(sizeof(struct elem));
    strcpy(head->data, "1");

    struct elem* el = malloc(sizeof(struct elem));
    head->next = el;

    strcpy(el->data, "2");

    el->next = malloc(sizeof(struct elem));
    el = el->next;
    strcpy(el->data, "3");
    el->next = NULL;

    return head;
}

ma​​in.rs

use std::ffi::CStr;

#[repr(C)]
pub struct elem {
    pub data: [u8; 5],
    pub next: *const elem
}

#[link(name = "list", kind = "static")]
extern {
    pub fn get_list() -> *const elem;
}

fn main() {
    unsafe {
        let mut list = get_list();
        // Note, that, if we call from_bytes_with_nul it will throw  
        // an NulInternal error, therefore,
        // we have to slice the buffer to the first NUL-terminator
        while !list.is_null() {
            let mut null_pos = (*list).data.len() - 1;
            {
                for i in 0..(*list).data.len() {
                    if (*list).data[i] == 0 {
                        null_pos = i + 1;
                        break
                    }
                }
            }
            let str = CStr::from_bytes_with_nul(
                          (*list).data[..null_pos]
                      ).unwrap();
            println!("{:?}", str);
            list = (*list).next;
        }
    }
}

输出

"1"
"2"
"3"

实现的关键方面:

• 定义相同的结构，用#[repr(C)]注释，所以它会是以与 C 相同的方式对齐。

• 定义 extern 函数以返回指向结构的 const 指针。

• 使用指针代替 std::mem::transmute

• 小心空指针和终止符