Сырые указатели и UB в Rust

let x = 5;
let p = &x as *const i32; // безопасно
let v = unsafe { *p };    // нужен unsafe

Проверьте себя

Пять вопросов из банка по этой подтеме. Всего их 12, остальные разбираются в тренажёре.

1. #rs_raw_ptr1 / 5
   Чем *const T отличается от &T?

   A)Сырой указатель не скопировать: он не реализует Copy

   B)Сырой указатель занимает больше места: он хранит длину объекта

   C)Ссылка работает только со значениями на стеке

   D)У сырого указателя нет гарантий жизни, выравнивания и не-null

   показать ответ и разбор

   +D)У сырого указателя нет гарантий жизни, выравнивания и не-null

   // разбор: Ссылка — обещание компилятору: объект жив, адрес выровнен, значение валидно, правило XOR соблюдено. Сырой указатель не обещает ничего, поэтому его и разрешено получать из чего угодно, а обращение требует unsafe. Размер у них одинаковый, у обоих есть Copy — разница только в гарантиях.

2. #rs_raw_ptr2 / 5
   Из сырого указателя сделали &mut на данные, на которые уже есть другая живая &mut. Что не так?

   A)Ничего: правила заимствования на сырые указатели не распространяются

   B)Программа упадёт при первой же записи через вторую ссылку

   C)Это UB: сломана эксклюзивность, на неё опирается оптимизатор

   D)Компилятор поймает это и потребует убрать одну из ссылок

   показать ответ и разбор

   +C)Это UB: сломана эксклюзивность, на неё опирается оптимизатор

   // разбор: Как только из указателя сделали ссылку, начинают действовать её обещания — в том числе noalias для &mut. Две живые эксклюзивные ссылки на одно место означают, что оптимизатор вправе кэшировать значение в регистре и не перечитывать его. Симптомов может не быть годами, а потом сломается на другом уровне оптимизации.

3. #rs_raw_ptr3 / 5
   Зачем нужен MaybeUninit<T>?

   A)Чтобы отложить выделение памяти под значение до первого обращения

   B)Чтобы легально работать с памятью до инициализации значения

   C)Чтобы обнулить память перед записью значения

   D)Чтобы хранить значение, удаляемое в произвольный момент времени

   показать ответ и разбор

   +B)Чтобы легально работать с памятью до инициализации значения

   // разбор: Просто объявить переменную и не инициализировать нельзя: даже чтение мусора как u32 — уже UB, потому что компилятор рассчитывает на валидные значения. MaybeUninit — честная обёртка «здесь пока ничего нет»: в неё пишут, а потом вызывают assume_init, беря на себя ответственность. Нужно при заполнении буферов и в FFI.

4. #rs_raw_ptr4 / 5
   Что даёт get_unchecked по сравнению с обычной индексацией среза?

   A)Пропускает проверку границ; за корректность индекса отвечает вызывающий

   B)Читает элемент без выравнивания, поэтому работает с packed-структурами

   C)Возвращает Option вместо паники при выходе за границу

   D)Возвращает копию элемента, не заимствуя срез

   показать ответ и разбор

   +A)Пропускает проверку границ; за корректность индекса отвечает вызывающий

   // разбор: Обычный доступ сравнивает индекс с длиной и паникует при выходе; get_unchecked этой проверки не делает. Выигрыш заметен разве что в горячем цикле, где предсказатель ветвлений и так почти не ошибается, а цена ошибки — чтение чужой памяти. Обычно быстрее и безопаснее переписать цикл на итераторы: там проверок нет по построению.

5. #rs_raw_ptr5 / 5
   Чем NonNull<T> отличается от *mut T?

   A)NonNull владеет данными и освобождает их при уничтожении значения

   B)NonNull проверяет адрес на выравнивание при каждом обращении к данным

   C)NonNull обещает ненулевой адрес, поэтому Option<NonNull<T>> занимает одно слово

   D)NonNull безопасен для разыменования и не требует блока unsafe при чтении

   показать ответ и разбор

   +C)NonNull обещает ненулевой адрес, поэтому Option<NonNull<T>> занимает одно слово

   // разбор: Это указатель с одним дополнительным обещанием — он не равен нулю, и компилятор пользуется этим для niche-оптимизации: Option<NonNull<T>> весит столько же, сколько сам указатель. Замер это подтверждает: 8 байт, как и у Option<&u8>. Владения он не даёт, выравнивание не проверяет, разыменование по-прежнему требует unsafe — на нём построены Box и другие умные указатели.