# 基础 好了，回到最基本的问题，我们如何构建我们的列表？ 在我们这么做之前： ```rust impl List { pub fn new() -> Self { List { head: None, tail: None } } } ``` 但是我们不再使用 Option 作为 tail： ```rust > cargo build error[E0308]: mismatched types --> src/fifth.rs:15:34 | 15 | List { head: None, tail: None } | ^^^^ expected *-ptr, found enum `std::option::Option` | = note: expected type `*mut fifth::Node` found type `std::option::Option<_>` ``` 我们可以使用 Option，但是不像 Box，\*mut 可以为空。这意味着它不能从空指针优化中获益。相反，我们将使用 null 表示 None。 那么我们如何得到一个空指针呢？有几种方法，但我更喜欢使用 std: : ptr::null\_mut()。如果你愿意，你也可以使用 0 作为 \*mut，但是这看起来太乱了。 ```rust use std::ptr; // defns... impl List { pub fn new() -> Self { List { head: None, tail: ptr::null_mut() } } } ``` ```rust cargo build warning: field is never used: `head` --> src/fifth.rs:4:5 | 4 | head: Link, | ^^^^^^^^^^^^^ | = note: #[warn(dead_code)] on by default warning: field is never used: `tail` --> src/fifth.rs:5:5 | 5 | tail: *mut Node, | ^^^^^^^^^^^^^^^^^^ warning: field is never used: `elem` --> src/fifth.rs:11:5 | 11 | elem: T, | ^^^^^^^ warning: field is never used: `head` --> src/fifth.rs:12:5 | 12 | head: Link, | ^^^^^^^^^^^^^ ``` 嘘，编译器，我们很快就会用到它们。 好的，让我们继续写 push。这一次，在我们插入之后，我们不是抓取一个 Option<\&mut Node\> ，而是直接抓取一个 \*mut Node\ 到 Box 的内部。我们知道我们可以很好地做到这一点，因为 Box 里的东西有一个稳定的地址，即使我们把 Box移来移去。当然，这是不安全的，因为如果我们只是删除 Box，我们将有一个指针指向释放的内存。 如何从普通指针生成原始指针？强制转换！如果一个变量被声明为原始指针，则一个普通引用将强制进入该变量： ```rust let raw_tail: *mut _ = &mut *new_tail; ``` 我们拥有所需的所有信息。我们可以将我们的代码翻译成之前的参考版本： ```rust pub fn push(&mut self, elem: T) { let mut new_tail = Box::new(Node { elem: elem, next: None, }); let raw_tail: *mut _ = &mut *new_tail; // .is_null checks for null, equivalent to checking for None if !self.tail.is_null() { // If the old tail existed, update it to point to the new tail self.tail.next = Some(new_tail); } else { // Otherwise, update the head to point to it self.head = Some(new_tail); } self.tail = raw_tail; } ``` ```rust > cargo build error[E0609]: no field `next` on type `*mut fifth::Node` --> src/fifth.rs:31:23 | 31 | self.tail.next = Some(new_tail); | ----------^^^^ | | | help: `self.tail` is a raw pointer; try dereferencing it: `(*self.tail).next` ``` 啊? 我们有一个指向 Node 的指针，为什么我们不能得到下一个字段？ 使用原始指针时，Rust有点混蛋。 要访问原始指针的内容，它坚持要求我们手动取消对它们的引用，因为这是一种不安全的操作。 因此，让我们这样做： ```rust *self.tail.next = Some(new_tail); ``` ``` > cargo build error[E0609]: no field `next` on type `*mut fifth::Node` --> src/fifth.rs:31:23 | 31 | *self.tail.next = Some(new_tail); | -----------^^^^ | | | help: `self.tail` is a raw pointer; try dereferencing it: `(*self.tail).next` ``` 操作符优先级。 ```rust (*self.tail).next = Some(new_tail); ``` ``` > cargo build error[E0133]: dereference of raw pointer is unsafe and requires unsafe function or block --> src/fifth.rs:31:13 | 31 | (*self.tail).next = Some(new_tail); | ^^^^^^^^^^^^^^^^^ dereference of raw pointer | = note: raw pointers may be NULL, dangling or unaligned; they can violate aliasing rules and cause data races: all of these are undefined behavior ``` 这应该不会这么难。 还记得我说过的Unsafe Rust就像是Safe Rust的FFI语言吗？ 好吧，编译器希望我们明确界定执行此FFI处理的位置。 我们有两个选择。 首先，我们可以将整个函数标记为不安全，在这种情况下，它会变成不安全的Rust函数，并且只能在不安全的上下文中调用。 这不是很好，因为我们希望我们的列表可以安全使用。 其次，我们可以在函数内部编写一个不安全的块，以划定FFI边界。 这声明整体功能是安全的。 让我们做一个： ```rust pub fn push(&mut self, elem: T) { let mut new_tail = Box::new(Node { elem: elem, next: None, }); let raw_tail: *mut _ = &mut *new_tail; // Put the box in the right place, and then grab a reference to its Node if !self.tail.is_null() { // If the old tail existed, update it to point to the new tail unsafe { (*self.tail).next = Some(new_tail); } } else { // Otherwise, update the head to point to it self.head = Some(new_tail); } self.tail = raw_tail; } ``` ```rust > cargo build warning: field is never used: `elem` --> src/fifth.rs:11:5 | 11 | elem: T, | ^^^^^^^ | = note: #[warn(dead_code)] on by default ``` 耶！ 到目前为止，这是我们唯一必须编写不安全块的地方，这很有趣。 我们到处都是原始指针，这是怎么回事？ 事实证明，当涉及到不安全时，Rust是一个庞大的规则书呆子。我们非常合理地希望最大限度地利用 Safe Rust 程序，因为这些程序我们可以更有信心。为了做到这一点，Rust 小心地划出一个不安全的最小表面积。请注意，我们使用原始指针的所有其他地方都在分配它们，或者只是观察它们是否为null。 如果您从未真正取消引用原始指针，那是完全安全的事情。 您只是在读取和写入一个整数！ 唯一真正遇到麻烦的是原始指针是否要取消引用。 因此，Rust说只有操作是不安全的，其他一切都是完全安全的。 超级迂腐但技术上是正确的。 然而，这提出了一个有趣的问题: 尽管我们应该用不安全的块来限定不安全的范围，但它实际上取决于在块之外建立的状态。甚至在功能之外！ 这就是我所说的不安全的污点。 一旦在模块中使用不安全，整个模块便会受到不安全的污染。 必须正确编写所有内容，以确保对于不安全的代码保持不变。 这种污染是可控的，因为隐私。在我们的模块之外，我们的所有结构字段都是完全私有的，所以没有其他人可以以任意的方式干扰我们的状态。只要我们公开的 api 没有组合导致糟糕的事情发生，对于外部观察者来说，我们所有的代码都是安全的！事实上，这和 FFI 的案子没什么不同。只要 python 数学库公开了一个安全的接口，就没有人需要关心它是否外壳到 C 中。 无论如何，让我们继续讨论  pop，它几乎是逐字逐句的引用版本: ```rust pub fn pop(&mut self) -> Option { self.head.take().map(|head| { let head = *head; self.head = head.next; if self.head.is_none() { self.tail = ptr::null_mut(); } head.elem }) } ``` 我们又看到了另一个安全是有状态的。如果我们不能使这个函数中的尾部指针为空，我们就不会看到任何问题。然而，随后的push调用将开始写入悬垂的尾部！ 让我们来测试一下: ```rust #[cfg(test)] mod test { use super::List; #[test] fn basics() { let mut list = List::new(); // Check empty list behaves right assert_eq!(list.pop(), None); // Populate list list.push(1); list.push(2); list.push(3); // Check normal removal assert_eq!(list.pop(), Some(1)); assert_eq!(list.pop(), Some(2)); // Push some more just to make sure nothing's corrupted list.push(4); list.push(5); // Check normal removal assert_eq!(list.pop(), Some(3)); assert_eq!(list.pop(), Some(4)); // Check exhaustion assert_eq!(list.pop(), Some(5)); assert_eq!(list.pop(), None); // Check the exhaustion case fixed the pointer right list.push(6); list.push(7); // Check normal removal assert_eq!(list.pop(), Some(6)); assert_eq!(list.pop(), Some(7)); assert_eq!(list.pop(), None); } } ``` 这只是堆栈测试，但是预期的 pop 结果反过来了。我还在结尾添加了一些额外的步骤，以确保 pop 中的尾指针损坏情况不会发生。 ``` cargo test Running target/debug/lists-5c71138492ad4b4a running 12 tests test fifth::test::basics ... ok test first::test::basics ... ok test fourth::test::basics ... ok test fourth::test::peek ... ok test second::test::basics ... ok test fourth::test::into_iter ... ok test second::test::into_iter ... ok test second::test::iter ... ok test second::test::iter_mut ... ok test second::test::peek ... ok test third::test::basics ... ok test third::test::iter ... ok test result: ok. 8 passed; 0 failed; 0 ignored; 0 measured ```