Rust中使用Box::from_raw()和Box::into_raw()来回转换指针时出现无效指针问题

Question

我一直在摆弄这个使用看似简单的Box函数，试图创建一些FFI辅助代码。

这里的示例似乎在与具有字段的结构体一起使用时会报错：free(): invalid pointer。

pub struct Handle(usize);

impl Handle {
    pub fn from<T>(obj: T) -> Self {
        let boxed = Box::new(obj);
        let mut ptr = Box::into_raw(boxed);
        Self::from_ptr_mut(&mut ptr)
    }

    pub fn from_ptr_mut<T>(ptr: &mut T) -> Self {
        Self(ptr as *mut T as usize)
    }

    pub fn to_box<T>(self) -> Box<T> {
        let obj: *mut T = self.to_ptr_mut();
        unsafe { Box::from_raw(obj) }
    }

    pub fn to_ptr_mut<T>(self) -> *mut T {
        self.0 as *mut T
    }
}

#[allow(dead_code)]
struct Crashes { value: u64 }

impl Drop for Crashes {
    fn drop(&mut self) {
        println!("Crashes dropped");
    }
}

fn crashes() {
    let t = Crashes { value: 12 };
    let a = Handle::from(t);
    let b = a.to_box::<Crashes>();
    drop(b);
}

struct Works;

impl Drop for Works {
    fn drop(&mut self) {
        println!("Works dropped");
    }
}

fn works() {
    let t = Works;
    let a = Handle::from(t);
    let b = a.to_box::<Works>();
    drop(b);
}

fn main() {
    works();
    crashes();
}

你可以将此代码粘贴到https://play.rust-lang.org/中，看它如何抛出错误free(): invalid pointer。

看起来，drop函数在适当的时间被调用，但指针似乎有些无效。

- Pruthvikar

Answer 1

你在这里创建了一个双指针：

impl Handle {
    pub fn from<T>(obj: T) -> Self {
        let boxed = Box::new(obj);
        let mut ptr = Box::into_raw(boxed);
        Self::from_ptr_mut(&mut ptr)
    }

    pub fn from_ptr_mut<T>(ptr: &mut T) -> Self {
        Self(ptr as *mut T as usize)
    }
    ...
}

Box::into_raw返回一个指针，但是您却对该指针取了一个可变引用，并将该地址存储为usize。您应该只使用Box::into_raw返回的*mut T。

不起作用代码出现双重指针的原因是from<T>和from_ptr_mut<T>可以使用完全不同的T参数。如果我们将传递给from<T>的类型T视为具体类型，则在此情况下，您正在使用类型为&mut *mut T的参数调用from_ptr_mut<U>（其中U为*mut T）。

正确的实现如下：

impl Handle {
    pub fn from<T>(obj: T) -> Self {
        let boxed = Box::new(obj);
        let ptr = Box::into_raw(boxed);
        Self::from_ptr_mut(ptr)
    }

    pub fn from_ptr_mut<T>(ptr: *mut T) -> Self {
        Self(ptr as usize)
    }
    ...
}

在这里看到示例。

---

虽然我们处于unsafe领域，但您可以让编译器为您完成一些工作，方法是将参数T绑定到您的Handle结构上。这样，您将被静态防止加载不同于存储的类型。

Playground示例，其中Handle包括PhantomData。

在第二个示例中，您不必像a.to_box::<Crashes>()那样告诉编译器要检索哪个项目，这是很好的，因为您不能通过指定错误的类型引入未定义的行为。

- turbulencetoo