Rust中的PhantomData如何工作？

Question

Rust中的PhantomData如何工作？

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在Rust中，我发现PhantomData的概念非常令人困惑。我广泛地使用它来约束我的基于FFI的代码中的对象生命周期，但我仍然不确定我是否正确地使用了它。

这是一个编造的示例，展示我通常如何使用它。例如，我不希望MyStruct的实例超过Context的实例存在：

// FFI declarations and types
mod ffi {
    use std::ffi::c_void;
    pub type handle_t = *const c_void;
    // ...
}

// A wrapper structure for some context created and maintained
// inside the C library
struct Context {
    // ...
}

// Handle is only valid as long as the Context is alive.
// Hence, I use the PhantomData marker to constrain its lifetime.
struct MyStruct<'a> {
    marker: PhantomData<&'a Context>,
    handle: ffi::handle_t,
}

impl<'a> MyStruct<'a> {
    fn new(context: &'a Context) -> Self {
        let handle: ffi::handle_t = context.new_handle();
        MyStruct {
            marker: PhantomData,
            handle
        }
    }
}

fn main() {
    // Initialize the context somewhere inside the C library
    let ctx = Context::new(unsafe {ffi::create_context()});

    // Create an instance of MyStruct
    let my_struct = MyStruct::new(&ctx);

    // ...
}

我不太明白以下内容：

marker: PhantomData 这个东西到底是什么，从语法上来看？我的意思是，它看起来不像一个构造器，我期望的应该是像 PhantomData{} 或者 PhantomData() 这样的形式。
为了进行生命周期跟踪，PhantomData 是否真的在乎 marker 声明中的实际类型？我尝试将其更改为 PhantomData<&'a usize>，但它仍然可以工作。
在我的 MyStruct::new() 方法的声明中，如果我忘记显式地指定 'a 生命周期的 context 参数，那么 PhantomData 的魔力就会消失，并且在 MyStruct 之前释放 Context 就变得可以了。这非常隐蔽; 编译器甚至没有发出警告。它给 marker 分配了什么生命周期，为什么？
与先前的问题相关；如果有多个输入参考参数具有潜在不同的生命周期，PhantomData 如何确定要使用哪个生命周期？

- Roman Dmitrienko

这个问题里有太多的问题了。 - mcarton

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@mcarton，我觉得这些问题都源于对PhantomData的实际含义存在一个严重的误解，所以我把它们都放在了一个问题里。 - Roman Dmitrienko

Rustonomicon对这个问题有一个很好的回答：https://doc.rust-lang.org/nomicon/phantom-data.html - BallpointBen

1个回答

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可以查看英文原文，
原文链接

- Peter Hall · Accepted Answer

这个 marker: PhantomData 到底是什么语法结构？它看起来不像一个构造函数，我本来期望的是 PhantomData{} 或者 PhantomData() 这样的形式。

你可以定义一个零字段的结构体，像这样：

struct Foo;

并且可以像这样创建一个实例：

let foo: Foo = Foo;

类型和值都被命名为Foo。

就生命周期跟踪而言，PhantomData是否在标记的声明中关心实际类型？我尝试将其更改为PhantomData<&'a usize>，它仍然可以工作。

PhantomData没有什么特别之处，除了它的类型参数未使用不会报错（参见源代码）。这种行为是通过#[lang = "phantom_data"]属性启用的，它只是编译器中的一个钩子。

在我的MyStruct::new()方法的声明中，如果我忘记显式指定'a生命周期用于context参数，那么PhantomData的魔力就会消失，并且可以在MyStruct之前删除Context。这是相当隐蔽的；编译器甚至不会发出警告。那么它分配给marker什么寿命，为什么呢？ PhantomData存在的目的是让您向编译器提供它无法自行推断的信息，因为该信息涉及到您没有直接使用的类型。由您来提供正确的信息给编译器。

我不完全确定是否理解了这个问题。PhantomData并不会执行任何操作，它只是一种与编译器通信的方式，告诉它你正在以某种方式使用数据，并且你需要准确地表达这些信息。请注意，即使你错误地表达了约束条件，只有当你有unsafe代码时，才可能引入内存不安全性。在PhantomData中正确地表达生命周期，是创建围绕着不安全代码的安全抽象的一部分。