rust - 将结构映射到基础缓冲区

Question

我正在尝试将一个简单的结构映射到基础缓冲区，如下所示，其中修改结构还会修改缓冲区:

#[repr(C, packed)]
pub struct User {
    id: u8,
    username: [u8; 20],
}

fn main() {
    let buf = [97u8; 21];
    let mut u: User = unsafe { std::ptr::read(buf.as_ptr() as *const _) };

    let buf_addr = &buf[0] as *const u8;
    let id_addr = &u.id as *const u8;
    println!("buf addr: {:p} id addr: {:p} id val: {}", buf_addr, id_addr, u.id);
    assert_eq!(buf_addr, id_addr); // TODO addresses not equal

    u.id = 10;
    println!("id val: {}", u.id);
    println!("{:?}", &buf);
    assert_eq!(buf[0], u.id); // TODO buffer not updated
}

但是，缓冲区的起始地址与结构中第一个成员的地址不同，并且修改结构不会修改缓冲区。上面的示例有什么问题？

Answer 1

该结构仅包含拥有的值。这意味着，为了构造一个，您必须将数据复制到其中。而这正是使用ptr::read时所做的事情。
但是，您想做的事情(至少提供了代码)是不可能的。如果您使用unsafe代码解决Rust的安全检查，那么您将有两个对相同数据的可变引用，即未定义行为。
但是，您可以在数据上创建一个可变的“ View ”的安全API，如下所示:

#[repr(C, packed)]
pub struct User {
    id: u8,
    username: [u8; 20],
}

pub struct RawUser {
    buf: [u8; 21],
}

impl RawUser {
    pub fn as_bytes_mut(&mut self) -> &mut [u8; 21] {
        &mut self.buf
    }
    
    pub fn as_user_mut(&mut self) -> &mut User {
        unsafe { &mut *(self.buf.as_mut_ptr() as *mut _) }
    }
}

这些访问器允许您以不同的方式查看相同的数据，同时允许Rust借用检查器强制执行内存安全性。用法如下所示:

fn main() {
    let buf = [97u8; 21];
    let mut u: RawUser = RawUser { buf };
    
    let user = u.as_user_mut();
    user.id = 10;
    println!("id val: {}", user.id); // id val: 10

    let bytes = u.as_bytes_mut();
    // it would be a compile error to try to access `user` here
    assert_eq!(bytes[0], 10);
}