c - 声明静态变量包含指向另一个静态变量的地址

Question

我正在尝试将一些旧的嵌入式 C 代码转换为 Rust，但我遇到了一些问题。

当我使用 C 时，我可以使用对另一个变量的引用(例如 arr，当 arr 是一个数组时)来初始化一个全局变量。例如:

#define MASK 0xffff0000

int arr[128] = {0};
uint64_t arr_table[2] = {arr + MASK, 0};

我必须在编译时声明它们，以便可以从外部库(例如内核汇编代码)访问它们。

Rust 中是否有任何等效项？

我尝试过的

pub static arr: [u32; 128] = [0; 128];
pub static arr_table: [u64; 2] = [&arr as *const [u32; 128] as u64 + MASK, 0];

编译器告诉我:

error: pointers cannot be cast to integers during const eval

note: at compile-time, pointers do not have an integer value
note: avoiding this restriction via `transmute`, `union`, or raw pointers leads to compile-time undefined behavior

我也尝试过 mem::transmute() 对 u64 进行不安全的转换，编译器提示同样的事情:

error[E0080]: could not evaluate static initializer

help: this code performed an operation that depends on the underlying bytes representing a pointer
help: the absolute address of a pointer is not known at compile-time, so such operations are not supported

问题

我知道编译器不可能在编译时知道静态变量的确切地址。

我不太熟悉编译背后的机制，但我想 C 已经将工作推迟到链接过程，并暗示链接器将正确的值赋予 arr_table。我想知道是否可以在 Rust 中做同样的事情？谢谢!

Answer 1

我能够让它在稳定的基础上构建，但是有相当多的编译器斗争。简短的版本是，发生这种情况是因为您试图用 rust 编写类似 C 的代码，借用检查器根本无法检查，所以您这样做有点与语言作对。您仍然可以这样做，但是 unsafe在声明和使用这样的变量时必须使用关键字。

我认为如果您可以只存储普通的 Rust 引用而不是指针会好得多。

尽管如此，这个更接近您最初编写的版本将构建:

const MASK: isize = 42;

#[repr(C)]
pub struct MyU32Ptr(*const u32);

unsafe impl Sync for MyU32Ptr {}

pub static ARR: [u32; 128] = [0; 128];
pub static ARR_TABLE: [MyU32Ptr; 2] = [MyU32Ptr(unsafe { (&ARR as *const u32).offset(MASK) }), MyU32Ptr(core::ptr::null())];

这里的主要思想是:

1. *const u32不执行Sync ，跨线程共享这个值被认为是不安全的。这是因为虽然 Rust 引用有生命周期并且语言规则阻止了 &和一个 &mut同一个变量可以同时存在，指针没有任何一个并且代表了远离这些约束的逃生舱口。这样做的结果是很多你想用指针做的事情都是不安全的。将指针从一个线程传递到另一个线程，或者创建一个所有线程都可以看到的指针，必须是不安全的，否则任何线程都不可能创建 &mut。安全地处理这些数据。

   无论如何要构建这个版本，我所做的是围绕 *const u32 实现一个新型包装器我称之为MyU32Ptr , 给了它 Repr(C)以便语言保证它与 C 指针具有相同的 ABI，然后我只是声明此类型为 Sync , 使用 unsafe impl Sync .这很脏，但在我们的例子中，我们可能觉得这样做没问题，因为我们知道 MyU32Ptr无论如何都不会用来指向任何在运行时发生变化的东西。

2. 我用 *const u32 替换了你的整数, 以及调用 .offset 的指针算法根据我的理解，这是现在更值得推荐的方法(如果您有兴趣，请参阅 "strict provenance" tracking issue)。由于此函数是不安全的，因此我们必须在调用它时添加一个不安全的 block 。

在我看来，从逻辑上讲，您希望这些是指向数组的指针，而使它们成为整数并不重要。我认为如果您出于某种原因确实需要，您可以让调用代码将它们转换为整数。

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我认为像您现在在这里做的那样拥有数组表的最惯用的方法是使用引用而不是指针。

pub static ARR: [u32; 128] = [0; 128];
pub static ARR_TABLE: [&[u32]; 1] = [&ARR];
pub static ANOTHER_ARR_TABLE: [Option<&[u32]>; 2] = [Some(&ARR), None];

(请注意，在 rust 中，Option<&T> 与 * const T 具有相同的内存表示，只是它在 rust 中比具有“可能为空指针”更为惯用，并且它可以通过线程使用和传递安全代码，因为它是诚实的借用检查引用。)

但是，我无法获得 +MASK部分工作，您会在编译器提示“切​​片”索引不是 const 函数时遇到错误。

我认为这与这个 ruSTLang 问题有关:https://github.com/rust-lang/rust/issues/73083

你也许可以像这样，引用 u32 而不是切片，[Option<&u32>; 2]如果那可以满足您的需求。我想你也可以使用像 konst crate 这样的权宜之计。解决这个问题，直到他们稳定下来。

HTH