基础
好了，回到基本的问题上。我们如何构建我们的链表？
之前我们只是做了：
impl<T> List<T> {
pub fn new() -> Self {
List { head: None, tail: None }
}
}
但我们不再为tail使用Option：
> 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<T>`
found type `std::option::Option<_>`
我们可以使用一个Option，但是与Box不同，*mut是可以置空的。这意味着它不能受益于
空指针的优化。相反，我们将使用null来表示无。
那么，我们怎样才能得到一个空指针呢？有几种方法，但我更喜欢使用
std::ptr::null_mut()。如果你愿意，你也可以用0 as *mut _，但这似乎太乱了。
use std::ptr;
// defns...
impl<T> List<T> {
pub fn new() -> Self {
List { head: None, tail: ptr::null_mut() }
}
}
cargo build
warning: field is never used: `head`
--> src/fifth.rs:4:5
|
4 | head: Link<T>,
| ^^^^^^^^^^^^^
|
= note: #[warn(dead_code)] on by default
warning: field is never used: `tail`
--> src/fifth.rs:5:5
|
5 | tail: *mut Node<T>,
| ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
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<T>,
| ^^^^^^^^^^^^^
噓编译器，我们很快就会用到它们。
好了，让我们继续写push。这一次，我们不是在插入后抓取一个Option<&mut Node<T>>
，而是直接抓取一个*mut Node<T>到Box的内部。我们知道我们可以稳妥地这样做，因为盒子
里的内容有一个稳定的地址，即使我们把盒子移来移去。当然，这并不安全，因为如果我们直
接丢掉盒子，我们就会有一个指向已释放内存的指针。
我们如何从一个普通的指针变成一个原始指针呢？强制的! 如果一个变量被声明为一个原始指针， 那么一个普通的引用就会被强制放到它里面：
let raw_tail: *mut _ = &mut *new_tail;
我们有我们需要的所有信息。我们可以把我们的代码翻译成，大约是以前的参考版本：
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;
}
> cargo build
error[E0609]: no field `next` on type `*mut fifth::Node<T>`
--> 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`
嗯？我们有一个指向Node的指针，为什么我们不能得到next字段？
当你使用原始指针时，Rust是个混蛋。要访问一个原始指针的内容，它坚持要求我们手动地取消 引用它们，因为这是一个不安全的操作。所以让我们来做这个：
*self.tail.next = Some(new_tail);
> cargo build
error[E0609]: no field `next` on type `*mut fifth::Node<T>`
--> 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`
呜运算符优先级。
(*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
这不应该是这么难的事。
还记得我说过不安全的Rust就像是安全Rust的FFI语言吗？那么，编译器希望我们明确地划分出
我们正在做的FFI-ing的地方。我们有两个选择。首先，我们可以把整个函数标记为不安全的
，在这种情况下，它就变成了一个不安全的Rust函数，只能在unsafe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，我们可以在我们的函数中写一个
unsafe的块，来划定FFI的边界。这就宣告了整个函数是安全的。让我们来做这件事：
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;
}
> cargo build
warning: field is never used: `elem`
--> src/fifth.rs:11:5
|
11 | elem: T,
| ^^^^^^^
|
= note: #[warn(dead_code)] on by default
耶！
有意思的是，这是迄今为止我们唯一需要写不安全块的地方。我们到处都在做原始指针的事 情，这到底是怎么回事？
事实证明，当涉及到unsafe的时候，Rust是一个巨大的规则法学家的迂腐者。我们有理由
希望最大化安全的Rust程序集，因为那些程序是我们可以更有信心的。为了达到这个目的，
Rust仔细地划出了一个最小的不安全区域。请注意，我们在处理原始指针的所有其他地方都是
在分配它们，或者只是观察它们是否为空。
如果你从来没有真正解除过一个原始指针的引用，那么这些事情是完全安全的。你只是在读 写一个整数而已。唯一的一次，你可能会因为一个原始指针而陷入困境，那就是你真的解除了 对它的引用。所以Rust说只有这种操作是不安全的，而其他的都是完全安全的。
超强。迂腐。但在技术上是正确的。
然而，这引起了一个有趣的问题：尽管我们应该用unsafe块来限定不安全的范围，但它实际
上依赖于在块之外建立的状态。甚至是在函数之外！
这就是我所说的不安全污点。只要你在一个模块中使用unsafe，整个模块就会被不安全所
玷污。所有的东西都必须正确编写，以确保不安全代码的不变性得到维护。
这种污点是可以管理的，因为有隐藏性。在我们的模块之外，我们所有的结构字段都是完全私 有的，所以其他人不能以任意的方式乱用我们的状态。只要我们公开的API的组合没有导致坏事 发生，就外部观察者而言，我们所有的代码都是安全的 实际上，这与FFI的情况没有什么不同。 只要它暴露了一个安全的接口，没有人需要关心某个Python数学库是否向C语言脱壳。
总之，让我们继续讨论pop，它几乎是逐字逐句的参考版本：
pub fn pop(&mut self) -> Option<T> {
self.head.take().map(|head| {
let head = *head;
self.head = head.next;
if self.head.is_none() {
self.tail = ptr::null_mut();
}
head.elem
})
}
我们再次看到另一种情况，安全是有状态的。如果我们在这个函数中未能将尾巴指针清空，
我们就不会看到任何问题。然而，随后对push的调用将开始写到悬空的尾巴上！
让我们来测试一下：
#[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，但预期的pop结果被翻转过来。我还在最后添加了一些额外的步骤，以确保
pop中的尾部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
完美！