玩转Rust高级应用 怎么理解在标准库中，有一个std::intrinsics模块，它里面包含了一系列的编译器内置函数

内置函数

在标准库中，有一个std::intrinsics模块，它里面包含了一系列的编译器内置函 数。这些函数都有一个extern"rust-intrinsic"修饰，它们看起来都像一种特殊的 FFI 外部函数，大家打开标准库的源代码src/core/intrinsics.rs,可以看到这些函数 根本没有函数体，因为它们的实现是在编译器内部，而不是在标准库内部。

调用它们的时候 都必须使用unsafe 才可以。编译器见到这些函数，就知道应该生成什么样的代码，而不是像 普通函数调用一样处理。另外，intrinsics 是藏在一个feature gate后面的，这个feature 可能 永远不会稳定，这些函数就不是准备直接提供给用户使用的。一般标准库会在这些函数基础 上做一个更合适的封装给用户使用。

下面就在这些函数中挑一部分作介绍。

transmute

fn transmute<T,U>(e:T)->U函数可以执行强制类型转换。把一个T 类型参 数转换为U类型返回值，转换过程中，这个参数的内部二进制表示不变。但是有一个约束条 件，即size_of::()==size_of::() 。 如果不符合这个条件，会发生编译错误。 transmute_copy的作用跟它类似，区别是，参数类型是一个借用为&T。

一般情况下，我们也可以用as 做类型转换，把&T 类型指针转换为裸指针，然后再转换为&U类型的指针。这样也可以实现类似的功能。但是用户自己实现的泛型函数有一 个缺陷，即无法在where 条件中自己表达size_of::()==size_of::() 。而 transmute作为一个内置函数就可以实现这样的约束。

transmute和 transmute_copy在 std::mem 块中重新导出。用户如果需要，请使用这个模块，而不是std::intrinsics模块。下面用一个示例演示一下Vec 类型的二进制表示是怎样的：

fn main(){
let x =vec![1,2,3,4,5];
unsafe{let t:(usize,usize,usize)=std::mem::transmute_copy(&x);println!("{}{}{}",t.0,t.1,t.2);}
}

上面的例子中，我们调用了transmute_copy, 因此参数类型是&Vec 。假如我们用 transmute 函数，参数类型就必须是Vec, 区别在于，参数会被move 进入这个函数中， 在后面就不能继续使用了。在调用transmute_copy 函数的时候，必须显示指定返回值类型，因为它是泛型函数，返回值类型可以有多种多样的无穷变化，只要满足size_of:: ()==size_of::() 条件，都可以完成类型转换。

所以编译器自己是无法自动推理出 返回值类型的。在上例中，我们的返回值类型是包含三个usize 的 tuple类型。这是因为， Vec 中实际包含了3个成员，一个是指向堆上的指针，一个是指向内存空间的总大小，还有 一个是实际使用了的元素个数，因此这个类型转换从编译器看来是满足“占用内存空间相同” 这一条件的。

编译执行，我们就可以看到Vec 内部的具体内存表示了。执行结果为：

639392055

intrinsics模块里面有几个与内存读写相关的函数，比如copy 、copy_nonoverla-pping 、write_bytes 、move_val_init 、volatile_load 等。这些函数又在std::ptr/std::mem 模块中做了个简单封装，然后暴露出来给用户使用。下面挑其中几个重要 的函数介绍。

1.copy

copy 的完整签名是unsafe fn copy(src:*const T,dst:mut T,count:usize)。 它做的就是把src 指向的内容复制到dst 中去。它跟C 语言里面的 memmove类似，都假设src 和 dst 指向的内容可能有重叠。区别是memmove 的参数是 void 类型，第三个参数是字节长度，而ptr::copy 的指针是带类型的，第三个参数是对象的个数。

这个模块中还提供了ptr::copy_nonoverlapping 。它 跟C 语言里面的memcpy 很像，都假设用户已经保证了src 和 dst 指向的内容不可重叠。所以ptr::copy_nonoverlapping的执行速度比 ptr::copy要快一些。

2.write

在ptr 模块中，write 的签名是unsafe fn write(dst:*mut T,src:T), 作用是把变量src 写入到dst 所指向的内存中。注意它的参数src 是使用的类型T, 执行 的 是move 语义。查看源码可知，它是基于intrinsics::move_val_init 实现的。注 意，在写的过程中，不管dst 指向的内容是什么,都会被直接覆盖掉。而src这个对象也 不会执行析构函数。

写内存还有ptr::write_bytes 、ptr::write_unaligned 、ptr::write_vol- atile 等函数。

3.read

在 ptr 模 块 中 ，read 的 签 名 是unsafe fn read(src:*const T)->T, 作用是把src 指向的内容当成类型T 返回去。查看它的内部源码，可见它就是基于 ptr::copy_nonoverlapping 实现的。

读内存还有ptr::read_unaligned 以 及ptr::read_volatile 两个函数，大同 小异。以上这些内存读写函数，都是不管语义，直接操作内存中的字节。所以它们都是用 unsafe 函数。

4.swap

在 ptr 模块中，swap 的签名是unsafe fn swap(x:*mut T,y:*mut T),作 用是把两个指针指向的内容做交换。两个指针所指向的对象都只是被修改，而不会被析构。

这个函数在mem 模块中又做了一次封装，变成了unsafe fn swap(x:&mut T, y:&mut T)供用户使用。签名中的&mut 型引用可以保证这两个指针是当前唯一指向该对 象的指针。

某些特殊类型还有自己的swap 成员函数。比如Cell::swap(&self,other:&Cell)。 这个函数跟其他swap 函数最大的区别在于，它的参数只要求共享引用，不要 求可变引用。这是因为Cell 本身的特殊性。它具备内部可变性，所以这么设计是完全安全 的。我们可以从源码看到，它就是简单地调用了ptr::swap。

5.drop_in_place

在 ptr 模块中，drop_in_place 的签名是unsafe fn drop_in_place<T:?Sized> (to_drop:*mut T)。它的作用是执行当前指向对象的析构函数，如果没有就不执行。

6.uninitialized

在 mem 模块中，uninitialized 的签名是unsafe fn uninitialized()->T。 它是基于intrinsics::uninit 函数实现的。我们知道，Rust 编译器要求每个变量必须在 初始化之后再使用，如果在某些情况下，你确实需要未初始化的变量，那么必须使用unsafe 才能做到。注意，任何时候读取未初始化变量都是未定义行为，请大家不要这么做。即便你 在unsafe代码中创造了未初始化变量，也需要自己在逻辑上保证，读取这个变量之前先为它 合理地赋过值。

另外，这个函数有点像std::mem::forget, 调用这个函数，不仅不会在程序中增加 代码，反而会减少可执行代码。调用forget, 会导致编译器不再插入析构函数调用的代码， 调用uninitialized会导致缺少初始化。它们没有任何运行开销。

uninitialized函数也还没有稳定，它有一些无法克服的缺陷，将来标准库会废弃掉 这个函数，而使用一个新的类型让用户在unsafe代码中创建未初始化变量。

综 合 示 例

下面我们用一个示例来演示一下这些unsafe函数的用途，以及怎样才能正确调用unsafe 代码。示例很简单，就是实现标准库中的内存交换函数std::mem::swap。

我们可以确定这个函数的签名是fn swap(x:&mut T,y:&mut T)。关于泛 型的解释在第21章中有，此处略过不提。先试一个最简单的实现：

fn swap<T>(x:&mut T,y:&mut T){let z:T =*x;*x =*y;*y=Z;
}

编译不通过。因为let z =*x;执行的是move 语义，编译器不允许我们把x 指向的 内容move 出来，这只是一个借用而已。如果允许执行这样的操作，会导致原来的借用指针 x 指向非法数据。但是我们知道，我们这个函数整体上是可以保证安全的，因为我们把x 指 向的内容move 出来之后，会用其他的正确数据填回去，最终可以保证函数执行完之后， x 和y 都是一个正常的状态。这种时候，我们就需要动用unsafe了，代码如下：

fn swap<T>(x:&mut T,y:&mut T){
unsafe{let mut t:T =mem::uninitialized();ptr::copy_nonoverlapping(&*x,&mut t,1);ptr::copy_nonoverlapping(&*y,x,1);ptr::copy_nonoverlapping(&t,y,1);mem::forget();
}

代码逻辑的意思如下。

首先，我们依然需要 一个作为中转的局部变量。这个局部变量该怎么初始化呢?其实我 们不希望它执行初始化，因为我们只需要这部分内存空间而已，它里面的内容马上就会被覆 盖掉，做初始化是浪费性能。况且，我们也不知道用什么通用的办法初始化 一个泛型类型， 它 连Default约束都未必满足。所以我们要用mem::uninitialized函 数 。