将结构映射到底层缓冲区

Question

我正在尝试将一个简单的结构映射到底层缓冲区，如下所示，其中修改结构也会修改缓冲区：

#[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，修改结构不会修改缓冲区。上面的例子有什么问题？

Answer 1

该结构仅包含 owned 值。这意味着，为了构建一个，您必须将数据复制到其中。这正是您在使用 ptr::read.

时所做的事情

但是你想做的事情（至少提供的代码）是不可能的。如果您使用 unsafe 代码绕过 Rust 的安全检查，那么您将拥有对同一数据的两个可变引用，这就是未定义行为。

但是，您可以创建安全的 API 数据可变“视图”，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。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);
}

将结构映射到底层缓冲区

Mapping a struct to an underlying buffer

unsafe

mutable

rust