在不安全的 Rust 中存储对结构内部数据的静态引用是否合法？

Question

我有以下数据结构（简化）：

use std::collections::HashMap;
pub struct StringCache {
    // the hashmap keys point to elements stored in `storage`
    // so never outlive this datastructure. the 'static refs are never handed out
    table: HashMap<&'static str, usize>,

    storage: Vec<Box<str>>,
}

关于此处引用的生命周期向 Rust“撒谎”是合法/定义的行为吗？对我来说，这感觉就像违反了类型系统。这个数据结构的公共API健全吗？为了完整起见，以下是完整的实现：

use std::mem::transmute;
impl StringCache {
    pub fn intern(&mut self, entry: &str) -> usize {
        if let Some(key) = self.table.get(entry) {
            return *key;
        }
        let idx = self.storage.len();
        self.storage.push(entry.to_owned().into_boxed_str());
        // we cast our refs to 'static here.
        let key = unsafe { transmute::<&str, &'static str>(&self.storage[idx]) };
        self.table.insert(key, idx);
        idx
    }
    pub fn lookup(&self, idx: usize) -> &str {
        &self.storage[idx]
    }
}

Answer 1

TL;DR：这很好。

这里存在三个潜在的问题：

1. 创建寿命比实际寿命长的引用。
2. 移动类型可能会使引用无效。
3. 在删除数据时，我们可以使用删除后的字符串。

实际上它们都不是问题。让我们从第一个开始吧。

创建一个生命周期比其实际生命周期长的引用绝对没问题。许多野外代码都依赖它来正常工作，它没有在参考文献中的“行为被视为未定义”下列出（即使该列表并不详尽），Rust 中当前所有代码执行模型（例如 Stacked Borrows或MiniRust）采用了这一原则（事实上，Stacked Borrows 存在的真正原因是不依赖生命周期来实现稳健性，而是拥有更细粒度的模型），并且在UCG#231中指出，很明显，生命周期不会影响优化，只是当前未在某处指定。

那么我们就来讨论第二个问题。问题是移动StringCache（以及其storage）是否会使引用无效，因为它也会移动Vec的元素。或者使用更多技术术语，无论是移动Vec 重新标记（堆栈借用术语）其元素，还是断言其独特性。

你的直觉可能会说这很好，但现实要复杂得多。Vec用 定义其项目Unique，这意味着根据法律条文，移动它确实会使所有现有的指向元素的指针无效（这也是如此Box）。然而，许多野外代码都依赖于它是 false ，所以至少对于Vec（也许Box也是）我们可能希望它是 false。我认为依靠这一点是可以的。Miri也没有给予Vec任何特殊处理，据我所知，编译器也没有基于它进行优化。

对于 (3)，您当前的定义（在table之前声明storage）显然没问题，因为它删除了第HashMap一个，但即使您以前的定义（storage首先声明）也很好，因为HashMap是用 声明的#[may_dangle]，这意味着它承诺不会访问其元素（除了掉落它们之外）。这也是稳定性保证，因为它是可观察的，即使在与您的代码非常相似的代码中：

use std::collections::HashMap;

#[derive(Default)]
struct StringCache<'a> {
    storage: Vec<Box<str>>,
    table: HashMap<&'a str, usize>,
}

fn main() {
    let mut string_cache = StringCache::default();
    string_cache.storage.push("hello".into());
    string_cache.table.insert(&string_cache.storage[0], 0);
}

该代码编译成功的事实是因为HashMap承诺在放置期间不会触及其元素。否则，我们可以有释放后使用。所以HashMap不能突然改变这个事实。