面试题：Rust中unsafe代码块的安全边界基础认知

常见使用unsafe代码块的情况

直接操作内存：
- 例如使用raw pointer（裸指针）。Rust 通常通过智能指针（如Box、Rc等）来管理内存，这些指针遵循 Rust 的内存安全规则。但在某些场景下，如与 C 语言交互，可能需要使用裸指针。裸指针不遵循 Rust 的内存安全规则，所以需要在unsafe块中使用。比如：
```
let mut num = 5;
let raw_ptr: *mut i32 = &mut num as *mut i32;
unsafe {
    *raw_ptr = 10;
}
```
调用不安全的外部函数：
- 当调用来自其他语言（如 C 语言）编写的函数时，这些函数可能不遵循 Rust 的安全规则。例如调用 C 标准库函数strcpy，因为它可能导致缓冲区溢出等安全问题，所以在 Rust 中调用这类函数需要unsafe块。在 Rust 中可以通过extern "C"块来声明外部函数，然后在unsafe块中调用，如下：
```
extern "C" {
    fn strcpy(dest: *mut i8, src: *const i8) -> *mut i8;
}
fn main() {
    let mut dest = [0; 10];
    let src = "hello".as_ptr();
    unsafe {
        strcpy(dest.as_mut_ptr(), src);
    }
}
```
访问或修改可变静态变量：
- 静态变量在整个程序生命周期内存在，并且可变静态变量可能会被多个线程同时访问和修改，这可能导致数据竞争。由于 Rust 无法在编译时保证对可变静态变量访问的安全性，所以需要unsafe块。例如：
```
static mut COUNTER: i32 = 0;
fn increment() {
    unsafe {
        COUNTER += 1;
    }
}
```
实现unsafe trait：
- Rust 中有一些unsafe trait，如Sync和Send。如果手动实现这些unsafe trait，需要在unsafe块中进行。例如，如果有一个自定义类型，其内部包含裸指针，并且希望该类型实现Send trait，就需要在unsafe块中实现：
```
struct MyType {
    ptr: *mut i32
}
unsafe impl Send for MyType {}
```

unsafe代码块可能破坏的安全原则

内存安全：
- 悬空指针：在unsafe块中使用裸指针时，如果指向的内存被释放，但指针没有更新，就会产生悬空指针。例如，在unsafe块中手动释放内存后又使用指向该内存的指针：
```
let mut num = Box::new(5);
let raw_ptr: *mut i32 = &mut *num as *mut i32;
drop(num);
unsafe {
    let _ = *raw_ptr; // 这里会产生悬空指针，访问已释放的内存
}
```
- 缓冲区溢出：在unsafe块中进行手动内存操作时，如果没有正确检查边界，就可能导致缓冲区溢出。比如在手动分配和填充数组时：
```
let mut buffer = vec![0; 5];
let raw_ptr: *mut i32 = buffer.as_mut_ptr();
unsafe {
    for i in 0..10 {
        *raw_ptr.offset(i as isize) = i; // 这里会导致缓冲区溢出
    }
}
```
线程安全：
- 数据竞争：如前面提到的访问或修改可变静态变量，如果在多线程环境下，没有适当的同步机制，在unsafe块中对可变静态变量的访问和修改可能导致数据竞争。多个线程同时读写同一个可变静态变量，可能会导致未定义行为。例如：
```
use std::thread;
static mut COUNTER: i32 = 0;
fn increment() {
    unsafe {
        COUNTER += 1;
    }
}
fn main() {
    let mut handles = vec![];
    for _ in 0..10 {
        let handle = thread::spawn(increment);
        handles.push(handle);
    }
    for handle in handles {
        handle.join().unwrap();
    }
    println!("Final counter value: {}", unsafe { COUNTER });
}
```
这里由于没有同步机制，多个线程同时修改COUNTER可能导致数据竞争。

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面试题：Rust中unsafe代码块的安全边界基础认知

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面试题答案

常见使用unsafe代码块的情况

unsafe代码块可能破坏的安全原则