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Rust裸指针的安全性实例
/// @brief 初始化cfs调度器
pub unsafe fn sched_cfs_init() {
if CFS_SCHEDULER_PTR.is_null() {
CFS_SCHEDULER_PTR = Box::leak(Box::new(SchedulerCFS::new()));
} else {
kBUG!("Try to init CFS Scheduler twice.");
panic!("Try to init CFS Scheduler twice.");
}
}
如果
CFS_SCHEDULER_PTR
是空指针,则创建一个名为SchedulerCFS
的新实例,并将其封装到一个Box
对象中。然后通过Box::leak()
函数将其转换为裸指针(即将其所有权转让给全局指针CFD_SCHEDULER_PTR
)。这个操作非常危险,因为裸指针的生命周期并没有明确规定,所以需要注意避免出现内存泄漏或多重释放的问题。如果
CFS_SCHEDULER_PTR
不是空指针,则说明调度器已经被初始化过了,不能重复初始化。在这种情况下,我们会通过kBUG!()
宏打印一个日志信息,然后通过panic!()
函数抛出一个恐慌(即类似于抛出一个异常)。这将导致程序崩溃并终止运行。
裸指针是一个不包含所有权和借用关系的原始指针,它们与常规指针相比没有任何限制和保护措施。在Rust中,为了避免内存安全问题,推荐使用引用和智能指针来管理内存。
如果必须使用裸指针,则需要明确控制它们的生命周期,以避免出现竞争条件或使用无效指针的情况。具体而言,有以下几个注意点:
- 裸指针通常只在FFI(Foreign Function Interface)调用或编写底层内核代码时使用。
- 在创建裸指针之前,需要确保所指向的内存块已经被分配,并且在指针的整个生命期内都处于有效状态。
- 避免多个裸指针共享同一块内存,并确保裸指针的复制和移动操作不会导致资源重复释放或泄漏。
- 使用unsafe代码块进行包装,以确保编译器无法自动检查这些代码段,以及标记出哪些代码可能涉及到不安全的操作,并提醒开发者注意可能产生的风险。
所有权和借用
在Rust中,所有权和借用是一种内存管理机制,它能够保证程序在编译期间就能检测到内存错误,并防止发生运行时的安全问题。具体而言,当一个值被绑定到一个变量上时,其所有权会转移到该变量所在的作用域中,同时只有在满足借用限制条件的情况下才能访问该值。
相比之下,裸指针并不包含所有权和借用关系,它们只是指向某个地址的原始指针,与其所指向的值之间没有任何关联。这意味着,在使用裸指针时需要开发者自己负责内存的安全性和正确性。
举个例子,假设有一个包含整型数据的数组,我们可以通过以下方式创建一个含有裸指针的函数:
fn main() {
let array = [1, 2, 3, 4, 5];
let raw_pointer: *const i32 = &array[0] as *const i32;
}
这里我们定义了一个名为raw_pointer
的裸指针,其中&array[0]
获取了数组第一个元素的引用,然后将其强制转化为*const i32
类型的原始指针。由于裸指针没有所有权和借用关系,因此在创建完raw_pointer
后,我们还需要手动控制其生命周期和内存的正确释放。而通过使用引用或智能指针可以避免这些问题。
控制其生命周期和内存的正确释放:
fn main() {
let array = [1, 2, 3, 4, 5];
let raw_pointer: *const i32 = &array[0] as *const i32;
// 创建一个指向同一位置的不可变引用
let pointer_ref = unsafe { &*raw_pointer };
// 打印引用值,说明指针操作成功
println!("Pointer Ref Value: {}", pointer_ref);
// 手动释放指针内存
unsafe {
// 转换回Box类型方便我们确保及时释放内存
let box_ptr = Box::from_raw(raw_pointer as *mut i32);
// box_ptr现在拥有从原先的指针获取过来的所有权
// 这里并没有立即释放内存,因为box_ptr仍然在作用域中
// Rust会自动在box_ptr离开作用域后执行drop函数,释放内存
drop(box_ptr);
}
}
看回最初的代码:修改
static mut CFS_SCHEDULER_PTR: Option<Box<SchedulerCFS>> = None;
pub fn sched_cfs_init() {
unsafe {
if CFS_SCHEDULER_PTR.is_none() {
let scheduler = Box::new(SchedulerCFS::new());
CFS_SCHEDULER_PTR = Some(scheduler);
} else {
kBUG!("Try to init CFS Scheduler twice.");
panic!("Try to init CFS Scheduler twice.");
}
}
}
在上述代码中,我们将CFS_SCHEDULER_PTR
的类型改为了Option<Box<SchedulerCFS>>
,表示这是一个可空指针。在初始化CFS调度器时,如果CFS_SCHEDULER_PTR
还没有被分配,则创建一个新的调度器实例并将其封装在Box
中,然后通过Some()
将其包装成一个Option
。如果CFS_SCHEDULER_PTR
已经被分配,则会触发panic。对于裸指针的管理和释放等操作,由Rust编译器自动处理,提高了代码的安全性和可维护性。