面试题：Rust中unsafe block的深度专家级场景分析

1. unsafe block面临的挑战

内存泄漏：在unsafe块中，如果手动分配了内存但没有正确释放，就会导致内存泄漏。例如，使用alloc::alloc分配了内存，却忘记调用alloc::dealloc释放。
悬空指针：当一个指针所指向的内存被释放，但指针本身仍然存在并被使用时，就会产生悬空指针。比如，释放了一块内存后，没有将指向该内存的指针设置为null或其他无效值，后续又通过该指针访问内存。
数据竞争：在多线程环境下，unsafe代码可能会因为没有正确的同步机制，导致多个线程同时访问和修改同一块内存，产生数据竞争问题。

2. 结合Rust所有权系统和类型系统的解决思路

利用所有权系统管理内存生命周期：Rust的所有权系统可以确保每个值都有一个唯一的所有者，当所有者离开作用域时，值会被自动清理。在自定义内存管理方案中，可以将unsafe块内分配的内存包装在一个结构体中，利用结构体的生命周期来管理内存。
使用类型系统保证安全：通过定义自定义类型，并为其实现必要的方法（如Drop），可以在类型层面保证内存管理的正确性。例如，定义一个MyBox类型，内部包含一个指向分配内存的指针，在Drop方法中释放内存。
同步原语处理多线程：对于多线程环境下的数据竞争问题，使用Rust提供的同步原语，如Mutex、RwLock等，来保护共享内存。

3. 关键代码片段

use std::alloc::{alloc, dealloc, Layout};
use std::ptr;

// 自定义内存管理类型
struct MyBox<T> {
    ptr: *mut T,
}

impl<T> MyBox<T> {
    fn new(value: T) -> MyBox<T> {
        let layout = Layout::new::<T>();
        let ptr = unsafe { alloc(layout) as *mut T };
        if ptr.is_null() {
            panic!("allocation failed");
        }
        unsafe {
            ptr::write(ptr, value);
        }
        MyBox { ptr }
    }
}

impl<T> Drop for MyBox<T> {
    fn drop(&mut self) {
        let layout = Layout::new::<T>();
        unsafe {
            ptr::drop_in_place(self.ptr);
            dealloc(self.ptr as *mut u8, layout);
        }
    }
}

// 多线程安全示例
use std::sync::{Arc, Mutex};

fn main() {
    let shared_box = Arc::new(Mutex::new(MyBox::new(42)));
    let cloned_box = shared_box.clone();

    std::thread::spawn(move || {
        let mut inner_box = cloned_box.lock().unwrap();
        println!("Value in thread: {}", *inner_box);
    });

    let mut inner_box = shared_box.lock().unwrap();
    println!("Value in main: {}", *inner_box);
}

在上述代码中：

MyBox结构体封装了手动分配的内存指针，new方法负责分配内存并初始化值。
Drop trait的实现确保在MyBox实例离开作用域时，正确释放内存。
在多线程示例中，使用Arc和Mutex来确保MyBox实例在多线程环境下的安全访问。

星途面试题库

面试题：Rust中unsafe block的深度专家级场景分析

知识考点

面试题答案

1. unsafe block面临的挑战

2. 结合Rust所有权系统和类型系统的解决思路

3. 关键代码片段