如何将 Rust 的 `Vec<T>` 暴露给 FFI？

Question

如何将 Rust 的 `Vec<T>` 暴露给 FFI？

rustffi

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我正尝试构建一对元素：

array: *mut T
array_len: usize

array 旨在拥有数据。

然而，Box::into_raw 将返回 *mut [T]。我找不到任何关于将裸指针转换为切片的信息。它在内存中的布局是什么？我如何从 C 中使用它？是否应该转换为 *mut T ？如果是这样，如何转换？

- vinipsmaker

2个回答

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你可以使用 [T]::as_mut_ptr直接从Vec<T>、Box<[T]>或任何其他DerefMut-to-slice类型中获取*mut T指针。

use std::mem;

let mut boxed_slice: Box<[T]> = vector.into_boxed_slice();

let array: *mut T = boxed_slice.as_mut_ptr();
let array_len: usize = boxed_slice.len();

// Prevent the slice from being destroyed (Leak the memory).
mem::forget(boxed_slice);

- kennytm

@vinipsmaker：不要这样做。因此，请通过不使用“forget”来防止向量被销毁。请参见更新。 - kennytm

1

抱歉，我对这种方法中的释放代码如何工作感到困惑。into_boxed_slice会返回什么内存布局？boxed_slice.as_mut_ptr()保证返回指向第一个字符的指针吗？我该如何转换回Box<[T]>以便进行解除分配？ - vinipsmaker

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@vinipsmaker：（1）布局未指定。当前实现使用(ptr，len)。（2）也许你应该提出一个新问题。但你可以尝试使用slice::from_raw_parts_mut和Box::from_raw，或者使用Vec::from_raw_parts，但你需要传递容量。 - kennytm

1

slice::from_raw_parts + Box::from_raw 在这里可以吗？Box::from_raw 不是获取指向栈分配的切片的指针而不是原始切片吗？或者 Box<[T]> 是一个特殊情况？ - vinipsmaker

@vinipsmaker：slice::from_raw_parts_mut(array, array_len) 的结果将引用你的堆分配内存。在这里，没有涉及任何数组的堆栈分配。而 Box::from_raw 将再次拥有它，因此在它被丢弃时，它将被适当地释放。但是，所有这些基本上都归结为 Vec::from_raw_parts(array, array_len, array_len)，向 vec 再次转移了拥有权。顺便说一下：在这里使用 into_boxed_slice 是很重要的，因为它会减小容量以匹配大小。否则，你还需要记住原始容量。 - sellibitze

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- sellibitze · Accepted Answer

如果你只想要一些用于可变借用 Vec 的 C 函数，你可以这样做：

extern "C" {
    fn some_c_function(ptr: *mut i32, len: ffi::size_t);
}

fn safe_wrapper(a: &mut [i32]) {
    unsafe {
        some_c_function(a.as_mut_ptr(), a.len() as ffi::size_t);
    }
}

当然，C函数不应该将这个指针存储在其他地方，因为那样会破坏别名假设。

如果你想要将数据的“所有权”传递给C代码，你可以这样做：

use std::mem;

extern "C" {
    fn c_sink(ptr: *mut i32, len: ffi::size_t);
}

fn sink_wrapper(mut vec: Vec<i32>) {
    vec.shrink_to_fit();
    assert!(vec.len() == vec.capacity());
    let ptr = vec.as_mut_ptr();
    let len = vec.len();
    mem::forget(vec); // prevent deallocation in Rust
                      // The array is still there but no Rust object
                      // feels responsible. We only have ptr/len now
                      // to reach it.
    unsafe {
        c_sink(ptr, len as ffi::size_t);
    }
}

在这里，“接管所有权”的意思是我们期望C函数最终通过调用一个Rust函数来释放指针和长度，将其返回给Rust：

#[no_mangle]
/// This is intended for the C code to call for deallocating the
/// Rust-allocated i32 array.
unsafe extern "C" fn deallocate_rust_buffer(ptr: *mut i32, len: ffi::size_t) {
    let len = len as usize;
    drop(Vec::from_raw_parts(ptr, len, len));
}

由于 Vec::from_raw_parts 需要三个参数，即指针、大小和容量，因此我们要么以某种方式跟踪容量，要么在将指针和长度传递给 C 函数之前使用 Vec 的 shrink_to_fit。但这可能涉及重新分配内存。