面试题：Rust中原始指针解引用的安全注意事项

Question

在Rust中，原始指针（`*const T` 和 `*mut T`）解引用时需要注意哪些安全问题？请举例说明如何避免因解引用原始指针导致的未定义行为。

Answer 1

1. 安全问题：
   • 空指针解引用：解引用空指针会导致未定义行为。例如，如果有一个*const i32类型的指针，它可能为空，如果直接解引用它，就会出现未定义行为。
   • 悬垂指针解引用：当指针所指向的内存已经被释放，再去解引用该指针，也会导致未定义行为。比如一块内存被分配给一个指针，然后这块内存被释放了，指针却没有更新，之后再解引用该指针。
   • 未初始化内存访问：如果指针指向的是未初始化的内存，解引用该指针也会导致未定义行为。
2. 避免方法及示例：
   • 检查空指针：

fn main() {
    let ptr: *const i32 = std::ptr::null();
    if!ptr.is_null() {
        let value = unsafe { *ptr };
        println!("Value: {}", value);
    }
}

• 确保内存有效：使用Box或其他内存管理类型来确保内存有效，避免悬垂指针。例如：

fn main() {
    let boxed = Box::new(42);
    let ptr: *mut i32 = boxed.as_mut();
    let value = unsafe { *ptr };
    println!("Value: {}", value);
    // 当`boxed`离开作用域时，内存会被正确释放，并且不会导致悬垂指针
}

• 初始化内存：在使用指针前确保内存已初始化。比如使用std::mem::uninitialized创建未初始化内存后，要先初始化再解引用：

use std::mem;
fn main() {
    let mut uninit: mem::MaybeUninit<i32> = mem::MaybeUninit::uninit();
    unsafe {
        uninit.as_mut_ptr().write(42);
        let value = uninit.assume_init();
        println!("Value: {}", value);
    }
}

总之，在Rust中解引用原始指针时，必须在unsafe块中进行，并要特别注意空指针、悬垂指针以及内存初始化等安全问题。