box关键字有什么作用？

Question

在Rust中,我们可以使用Box<T>类型在堆上分配内容.此类型用于安全地抽象指向堆内存的指针. Box<T>由Rust标准库提供.

我很好奇如何Box<T>实现分配,所以我找到了它的源代码.这是Box<T>::new(从Rust 1.0开始)的代码:

impl<T> Box<T> {
    /// Allocates memory on the heap and then moves `x` into it.
    /// [...]
    #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
    #[inline(always)]
    pub fn new(x: T) -> Box<T> {
        box x
    }
}

实现中唯一的行返回值box x.box官方文档中的任何地方都没有解释此关键字; 事实上,它仅在std::boxed文档页面上简要提及.

Answer 1

box x通常用什么来分配和释放内存？

答案是标有lang项目的功能,exchange_malloc用于分配和exchange_free释放.您可以在heap.rs#L112和heap.rs#L125中看到默认标准库中的实现.

最后,box x语法取决于以下lang项:

• owned_box在一个Box结构上封装分配的指针.此结构不需要Drop实现,它由编译器自动实现.
• exchange_malloc 分配内存.
• exchange_free 释放先前分配的内存.

使用此示例可以在Rust书的lang项目章节中有效地看到这一点no_std:

#![feature(lang_items, box_syntax, start, no_std, libc)]
#![no_std]

extern crate libc;

extern {
    fn abort() -> !;
}

#[lang = "owned_box"]
pub struct Box<T>(*mut T);

#[lang = "exchange_malloc"]
unsafe fn allocate(size: usize, _align: usize) -> *mut u8 {
    let p = libc::malloc(size as libc::size_t) as *mut u8;

    // malloc failed
    if p as usize == 0 {
        abort();
    }

    p
}
#[lang = "exchange_free"]
unsafe fn deallocate(ptr: *mut u8, _size: usize, _align: usize) {
    libc::free(ptr as *mut libc::c_void)
}

#[start]
fn main(argc: isize, argv: *const *const u8) -> isize {
    let x = box 1;

    0
}

#[lang = "stack_exhausted"] extern fn stack_exhausted() {}
#[lang = "eh_personality"] extern fn eh_personality() {}
#[lang = "panic_fmt"] fn panic_fmt() -> ! { loop {} }

注意结构Drop是如何实现的Box？好吧,让我们看看为main以下内容生成的LLVM IR :

define internal i64 @_ZN4main20hbd13b522fdb5b7d4ebaE(i64, i8**) unnamed_addr #1 {
entry-block:
  %argc = alloca i64
  %argv = alloca i8**
  %x = alloca i32*
  store i64 %0, i64* %argc, align 8
  store i8** %1, i8*** %argv, align 8
  %2 = call i8* @_ZN8allocate20hf9df30890c435d76naaE(i64 4, i64 4)
  %3 = bitcast i8* %2 to i32*
  store i32 1, i32* %3, align 4
  store i32* %3, i32** %x, align 8
  call void @"_ZN14Box$LT$i32$GT$9drop.103617h8817b938807fc41eE"(i32** %x)
  ret i64 0
}

将allocate(_ZN8allocate20hf9df30890c435d76naaE)被调用如预期建Box,同时...看看!一种Drop方法Box(_ZN14Box$LT$i32$GT$9drop.103617h8817b938807fc41eE)!让我们看看这个方法的IR:

define internal void @"_ZN14Box$LT$i32$GT$9drop.103617h8817b938807fc41eE"(i32**) unnamed_addr #0 {
entry-block:
  %1 = load i32** %0
  %2 = ptrtoint i32* %1 to i64
  %3 = icmp ne i64 %2, 2097865012304223517
  br i1 %3, label %cond, label %next

next:                                             ; preds = %cond, %entry-    block
  ret void

cond:                                             ; preds = %entry-block
  %4 = bitcast i32* %1 to i8*
  call void @_ZN10deallocate20he2bff5e01707ad50VaaE(i8* %4, i64 4, i64 4)
  br label %next
}

它是,deallocate(ZN10deallocate20he2bff5e01707ad50VaaE)在编译器上调用生成的Drop!

请注意,即使在标准库上,Drop特征也不是由用户代码实现的.确实Box是一个神奇的结构.

Answer 2

之前box被标记为不稳定,它被用作呼叫的简写Box::new.但是,它始终旨在能够分配任意类型,例如Rc,或使用任意分配器.这些都没有最终确定,因此1.0版本没有标记为稳定.这样做是为了防止支持Rust 1.x的所有错误决定.

为了进一步参考,您可以阅读更改"placement new"语法的RFC,并对其进行门控操作.

Answer 3

box确实做了什么Box::new()- 它创造了一个拥有的盒子.

我相信你找不到box关键字的实现,因为目前它是硬编码的,可以使用自己的盒子,而Boxtype是一个lang项目:

#[lang = "owned_box"]
#[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
#[fundamental]
pub struct Box<T>(Unique<T>);

因为它是一个lang项,所以编译器具有特殊的逻辑来处理它可以与box关键字链接的实例化.

我相信编译器将盒子分配委托给alloc::heap模块中的函数.

至于box关键字的作用和应该做的一般,Shepmaster的答案完美地描述.