rust - 是否通过多个所有者修改单元>-UB？

Question

我正在尝试使用较小版本的Rc，该版本将引用计数存储在指针中，并利用由于对齐而未使用的位。我怀疑我在造成UB，但我想知道确切的位置和原因。

基本上，这看起来像

struct SmallRc<T> {
    inner: Cell<NonNull<T>>
}

构造函数分配 T并将其存储在指针处。
Clone的含义看起来-非常粗略-像

fn clone(&self) -> Self {
    // Overflow-check within alignment-bits not shown
    let cur = self.inner.get().as_ptr() as usize;
    self.inner.set(unsafe { NonNull::new_unchecked((cur + 1) as *mut T) });
    Self {
        // This is where a new owner is created
        // so there are now multiple owners of the same pointer
        inner: self.inner.clone()
    }
}

Drop -impl看起来几乎相同，再次解释为:

impl<T> Drop for SmallRc<T> {
    fn drop(&mut self) {
        // decrement the reference-counter similar as to how Clone does it.
        self.dec_strong_count(); 
        if self.strong_count() == 0 {
             // drop and deallocate the inner value
        }
    }
}

Deref -impl屏蔽指针并取消对其的引用。本质上， Activity 的 &mut T永远不会超过一个。永远不要以未对齐的形式使用指针； cargo miri test通过。

所有这些都在一定程度上起作用。但是，以下测试失败

let rc = SmallRc::new(5u32);
assert_eq!(SmallRc::capacity(&rc), 3);
assert_eq!(SmallRc::strong_count(&rc), 1);
assert_eq!(*rc, 5);
let rc2 = rc.clone();
assert_eq!(SmallRc::strong_count(&rc), 2);
assert_eq!(SmallRc::strong_count(&rc2), 2);
assert_eq!(*rc2, 5);
drop(rc2);
assert_eq!(SmallRc::strong_count(&rc), 1);  // Fails, reference count is still 2.

对此进行跟踪可以发现，虽然 Drop -impl减少了引用计数并将新的指针存储在 Cell中，但对 strong_count的最后一次调用使用了相同(旧)值，而根本没有从 Cell中读取数据。

我想知道为什么会这样。特别是因为 std::rc的实现大致相似；区别在于引用计数在指针后面的 Cell中，而此处我们为指针提供了 Cell。

Answer 1

Rust中的Cell和相关类型(例如RefCell或UnsafeCell)不是指针，它们只是提供内部可变性的包装器。因此，每个单个SmallRc值都将具有自己的Cell值，每个值都具有自己的NonNull指针。更改一个SmallRc值的指针不会影响其他指针，因为它们不共享数据。

另一方面，std::rc::Rc具有一个指向引用计数结构(NonNull<RcBox<T>>)的指针。指针本身永远不会改变，但是Rc值可以指向相同的引用计数结构，因此更改引用计数将影响指向同一结构的所有其他Rc值。

我正在想象您的SmallRc会像这样(注意clone和drop如何仅影响它们直接使用的值):

let rc = SmallRc::new(5u32);
// rc = { 0x12340001 } // <-- example pointer values
let rc2 = rc.clone();
// rc = { 0x12340002 }, rc2 = { 0x12340002 }
let rc3 = rc2.clone();
// rc = { 0x12340002 }, rc2 = { 0x12340003 }, rc3 = { 0x12340003 }
drop(rc2)
// rc = { 0x12340002 }, rc2 = [dropped], rc3 = { 0x12340003 }