std::ptr::write 是否传输它写入的字节的 "uninitialized-ness"？
Does std::ptr::write transfer the "uninitialized-ness" of the bytes it writes?
我正在开发一个库，该库可帮助处理适合 FFI 边界上的指针大小 int 的类型。假设我有这样的结构：
use std::mem::{size_of, align_of};
struct PaddingDemo {
data: u8,
force_pad: [usize; 0]
}
assert_eq!(size_of::<PaddingDemo>(), size_of::<usize>());
assert_eq!(align_of::<PaddingDemo>(), align_of::<usize>());
这个结构有 1 个数据字节和 7 个填充字节。我想将此结构的一个实例打包到 usize 中，然后在 FFI 边界的另一侧将其解包。因为这个库是通用的，所以我使用 MaybeUninit 和 ptr::write:
use std::ptr;
use std::mem::MaybeUninit;
let data = PaddingDemo { data: 12, force_pad: [] };
// In order to ensure all the bytes are initialized,
// zero-initialize the buffer
let mut packed: MaybeUninit<usize> = MaybeUninit::zeroed();
let ptr = packed.as_mut_ptr() as *mut PaddingDemo;
let packed_int = unsafe {
std::ptr::write(ptr, data);
packed.assume_init()
};
// Attempt to trigger UB in Miri by reading the
// possibly uninitialized bytes
let copied = unsafe { ptr::read(&packed_int) };
那个 assume_init 调用是否触发了未定义的行为？换句话说，当 ptr::write 将结构复制到缓冲区时，它是否复制填充字节的未初始化状态，将初始化状态覆盖为零字节？
目前，当此代码或类似代码在 Miri 中为 运行 时，它不会检测到任何未定义的行为。但是，根据关于此问题的讨论 on github, ptr::write is supposedly allowed to copy those padding bytes, and furthermore to copy their uninitialized-ness. Is that true? The docs for ptr::write don't talk about this at all, nor does the nomicon section on uninitialized memory.
Does that assume_init call triggered undefined behavior?
是的。 "Uninitialized" 只是 Rust 抽象机中一个字节可以具有的另一个值，仅次于通常的 0x00 - 0xFF。让我们将这个特殊字节写为 0xUU。 （参见 this blog post for a bit more background on this subject。）0xUU 由副本保留，就像一个字节可以具有的任何其他可能值由副本保留一样。
但细节有点复杂。
在 Rust 中有两种方法可以在内存中复制数据。
不幸的是，Rust 语言团队也没有明确说明这方面的细节，因此以下是我个人的解释。我认为除非另有说明，否则我所说的是没有争议的，但当然这可能是一种错误的印象。
无类型/按字节复制
一般来说，当复制一个字节范围时，源范围只是覆盖目标范围——所以如果源范围是“0x00 0xUU 0xUU 0xUU”，那么在复制之后目标范围将具有确切的字节列表。
这就是 C 中的 memcpy/memmove 的行为（在我对标准的解释中，不幸的是这里不是很清楚）。在 Rust 中，ptr::copy{,_nonoverlapping} 可能 执行按字节复制，但现在实际上并没有精确指定，有些人可能想说它也是类型化的。对此进行了一些讨论 in this issue。
打字复制
替代方案是 "typed copy"，这是在每个正常赋值 (=) 和传递值 to/from 函数时发生的情况。类型化副本解释源内存中某种类型 T，然后 "re-serializes" 类型 T 的值进入目标内存。
与按字节复制的主要区别在于，与类型 T 无关的信息会丢失。这基本上是一种复杂的说法，即键入副本 "forgets" 填充，并有效地将其重置为未初始化。与未打字的副本相比，打字的副本丢失了更多信息。 非类型化副本保留底层表示，类型化副本仅保留表示值。
因此，即使您将 0usize 转换为 PaddingDemo，该值的键入副本也可以将其重置为“0x00 0xUU 0xUU 0xUU”（或任何其他可能的填充字节）--假设 data 位于偏移量 0，这是无法保证的（如果需要保证，请添加 #[repr(C)]）。
在您的例子中，ptr::write 接受类型为 PaddingDemo 的参数，并且该参数通过类型化副本传递。所以在那个时候，填充字节可能会任意改变，特别是它们可能变成 0xUU。
未初始化usize
你的代码是否有UB取决于另一个因素，即在usize中有一个未初始化的字节是否是UB。问题是，（部分）未初始化的内存范围 是否代表 某个整数？目前，它还没有，因此 there is UB. However, whether that should be the case is heavily debated 看来我们最终会允许它。
许多其他细节仍然不清楚，但是 - 例如，将“0x00 0xUU 0xUU 0xUU”转换为整数可能会导致 完全 未初始化的整数，即整数可能无法保存 "partial initialization"。为了在整数中保留部分初始化的字节，我们基本上不得不说整数没有抽象 "value"，它只是一个（可能未初始化的）字节序列。这并不反映整数在 / 等操作中的使用方式。 （其中一些还取决于关于 poison and freeze 的 LLVM 决策；LLVM 可能会决定在以整数类型进行加载时，如果任何输入字节为 poison，则结果完全为 poison。）所以即使代码不是 UB 因为我们允许未初始化的整数，它也可能不会按预期运行，因为您要传输的数据正在丢失。
如果您想传输原始字节，我建议使用适合的类型，例如 MaybeUninit。如果您使用整数类型，目标应该是传输整数值——即数字。
我正在开发一个库，该库可帮助处理适合 FFI 边界上的指针大小 int 的类型。假设我有这样的结构：
use std::mem::{size_of, align_of};
struct PaddingDemo {
data: u8,
force_pad: [usize; 0]
}
assert_eq!(size_of::<PaddingDemo>(), size_of::<usize>());
assert_eq!(align_of::<PaddingDemo>(), align_of::<usize>());
这个结构有 1 个数据字节和 7 个填充字节。我想将此结构的一个实例打包到 usize 中，然后在 FFI 边界的另一侧将其解包。因为这个库是通用的，所以我使用 MaybeUninit 和 ptr::write:
use std::ptr;
use std::mem::MaybeUninit;
let data = PaddingDemo { data: 12, force_pad: [] };
// In order to ensure all the bytes are initialized,
// zero-initialize the buffer
let mut packed: MaybeUninit<usize> = MaybeUninit::zeroed();
let ptr = packed.as_mut_ptr() as *mut PaddingDemo;
let packed_int = unsafe {
std::ptr::write(ptr, data);
packed.assume_init()
};
// Attempt to trigger UB in Miri by reading the
// possibly uninitialized bytes
let copied = unsafe { ptr::read(&packed_int) };
那个 assume_init 调用是否触发了未定义的行为？换句话说，当 ptr::write 将结构复制到缓冲区时，它是否复制填充字节的未初始化状态，将初始化状态覆盖为零字节？
目前，当此代码或类似代码在 Miri 中为 运行 时，它不会检测到任何未定义的行为。但是，根据关于此问题的讨论 on github, ptr::write is supposedly allowed to copy those padding bytes, and furthermore to copy their uninitialized-ness. Is that true? The docs for ptr::write don't talk about this at all, nor does the nomicon section on uninitialized memory.
Does that assume_init call triggered undefined behavior?
是的。 "Uninitialized" 只是 Rust 抽象机中一个字节可以具有的另一个值，仅次于通常的 0x00 - 0xFF。让我们将这个特殊字节写为 0xUU。 （参见 this blog post for a bit more background on this subject。）0xUU 由副本保留，就像一个字节可以具有的任何其他可能值由副本保留一样。
但细节有点复杂。 在 Rust 中有两种方法可以在内存中复制数据。 不幸的是，Rust 语言团队也没有明确说明这方面的细节，因此以下是我个人的解释。我认为除非另有说明，否则我所说的是没有争议的，但当然这可能是一种错误的印象。
无类型/按字节复制
一般来说，当复制一个字节范围时，源范围只是覆盖目标范围——所以如果源范围是“0x00 0xUU 0xUU 0xUU”，那么在复制之后目标范围将具有确切的字节列表。
这就是 C 中的 memcpy/memmove 的行为（在我对标准的解释中，不幸的是这里不是很清楚）。在 Rust 中，ptr::copy{,_nonoverlapping} 可能 执行按字节复制，但现在实际上并没有精确指定，有些人可能想说它也是类型化的。对此进行了一些讨论 in this issue。
打字复制
替代方案是 "typed copy"，这是在每个正常赋值 (=) 和传递值 to/from 函数时发生的情况。类型化副本解释源内存中某种类型 T，然后 "re-serializes" 类型 T 的值进入目标内存。
与按字节复制的主要区别在于，与类型 T 无关的信息会丢失。这基本上是一种复杂的说法，即键入副本 "forgets" 填充，并有效地将其重置为未初始化。与未打字的副本相比，打字的副本丢失了更多信息。 非类型化副本保留底层表示，类型化副本仅保留表示值。
因此，即使您将 0usize 转换为 PaddingDemo，该值的键入副本也可以将其重置为“0x00 0xUU 0xUU 0xUU”（或任何其他可能的填充字节）--假设 data 位于偏移量 0，这是无法保证的（如果需要保证，请添加 #[repr(C)]）。
在您的例子中，ptr::write 接受类型为 PaddingDemo 的参数，并且该参数通过类型化副本传递。所以在那个时候，填充字节可能会任意改变，特别是它们可能变成 0xUU。
未初始化usize
你的代码是否有UB取决于另一个因素，即在usize中有一个未初始化的字节是否是UB。问题是，（部分）未初始化的内存范围 是否代表 某个整数？目前，它还没有，因此 there is UB. However, whether that should be the case is heavily debated 看来我们最终会允许它。
许多其他细节仍然不清楚，但是 - 例如，将“0x00 0xUU 0xUU 0xUU”转换为整数可能会导致 完全 未初始化的整数，即整数可能无法保存 "partial initialization"。为了在整数中保留部分初始化的字节，我们基本上不得不说整数没有抽象 "value"，它只是一个（可能未初始化的）字节序列。这并不反映整数在 / 等操作中的使用方式。 （其中一些还取决于关于 poison and freeze 的 LLVM 决策；LLVM 可能会决定在以整数类型进行加载时，如果任何输入字节为 poison，则结果完全为 poison。）所以即使代码不是 UB 因为我们允许未初始化的整数，它也可能不会按预期运行，因为您要传输的数据正在丢失。
如果您想传输原始字节，我建议使用适合的类型，例如 MaybeUninit。如果您使用整数类型，目标应该是传输整数值——即数字。