如何使用嵌入切片创建指向未调整大小类型的智能指针？

Question

我正在尝试通过使用类似于 C 的灵活数组成员之类的东西来避免多次堆分配。为此，我需要分配一个未确定大小的结构，但我没有找到任何方法通过智能指针来做到这一点。我对 Rc 特别感兴趣，但 Box 也是如此，所以我将在示例中使用它。

这是我目前最接近的：

use std::alloc::{self, Layout};

struct Inner {/* Sized fields */}

#[repr(C)] // Ensure the array is always last
// Both `inner` and `arr` need to be allocated, but preferably not separately
struct Unsized {
    inner: Inner,
    arr: [usize],
}

pub struct Exposed(Box<Unsized>);

impl Exposed {
    pub fn new(capacity: usize) -> Self {
        // Create a layout of an `Inner` followed by the array
        let (layout, arr_base) = Layout::array::<usize>(capacity)
            .and_then(|arr_layout| Layout::new::<Inner>().extend(arr_layout))
            .unwrap();
        let ptr = unsafe { alloc::alloc(layout) };
        // At this point, `ptr` is `*mut u8` and the compiler doesn't know the size of the allocation
        if ptr.is_null() {
            panic!("Internal allocation error");
        }
        unsafe {
            ptr.cast::<Inner>()
                .write(Inner {/* Initialize sized fields */});
            let tmp_ptr = ptr.add(arr_base).cast::<usize>();
            // Initialize the array elements, in this case to 0
            (0..capacity).for_each(|i| tmp_ptr.add(i).write(0));
            // At this point everything is initialized and can safely be converted to `Box`
            Self(Box::from_raw(ptr as *mut _))
        }
    }
}

这不编译：

error[E0607]: cannot cast thin pointer `*mut u8` to fat pointer `*mut Unsized`
  --> src/lib.rs:32:28
   |
32 |         Self(Box::from_raw(ptr as *mut _))
   |                            ^^^^^^^^^^^^^

我可以直接使用 *mut u8，但这似乎非常容易出错，需要手动删除。

有没有一种方法可以从 ptr 创建一个胖指针，因为我实际上知道分配大小，或者可以从复合未确定大小的类型创建一个智能指针？

Answer 1

问题是指针*mut Unsized是一个宽指针，所以不仅仅是一个地址，而是一个地址和切片中元素的数量。另一方面，指针 *mut u8 不包含有关切片长度的信息。标准库提供

std::ptr::slice_from_raw_parts 并且，
std::ptr::slice_from_raw_parts_mut

对于这种情况。所以你首先创建一个假的（错误的）*mut usize

ptr as *mut usize

然后允许

slice_from_raw_parts_mut(ptr as *mut usize, capacity)

创建一个伪造的（仍然是错误的）*mut [usize]，在宽指针中使用正确的长度字段，然后我们毫不客气地对其进行转换

slice_from_raw_parts_mut(ptr as *mut usize, capacity) as *mut Unsized

除了改变类型什么都不做（值不变），所以我们得到了正确的指针，我们现在可以最终将其输入 Box::from_raw

完整示例演示 post：

use std::alloc::{self, Layout};

struct Inner {/* Sized fields */}

#[repr(C)] // Ensure the array is always last
           // Both `inner` and `arr` need to be allocated, but preferably not separately
struct Unsized {
    inner: Inner,
    arr: [usize],
}

pub struct Exposed(Box<Unsized>);

impl Exposed {
    pub fn new(capacity: usize) -> Self {
        // Create a layout of an `Inner` followed by the array
        let (layout, arr_base) = Layout::array::<usize>(capacity)
            .and_then(|arr_layout| Layout::new::<Inner>().extend(arr_layout))
            .unwrap();
        let ptr = unsafe { alloc::alloc(layout) };
        // At this point, `ptr` is `*mut u8` and the compiler doesn't know the size of the allocation
        if ptr.is_null() {
            panic!("Internal allocation error");
        }
        unsafe {
            ptr.cast::<Inner>()
                .write(Inner {/* Initialize sized fields */});
            let tmp_ptr = ptr.add(arr_base).cast::<usize>();
            // Initialize the array elements, in this case to 0
            (0..capacity).for_each(|i| tmp_ptr.add(i).write(0));
        }

        // At this point everything is initialized and can safely be converted to `Box`
        unsafe {
            Self(Box::from_raw(
                std::ptr::slice_from_raw_parts_mut(ptr as *mut usize, capacity) as *mut Unsized,
            ))
        }
    }
}

Playground

旁注：您不需要 #[repr(C)] 来确保未调整大小的切片字段位于末尾，这是有保证的。您需要它的目的是了解字段的偏移量。

如何使用嵌入切片创建指向未调整大小类型的智能指针？

How to create a smart pointer to an unsized type with an embedded slice?

smart-pointers

rust