如何创建两个调用此外部库 API 的 ByteString？

Question

我目前正在编写与加密库的绑定，该库公开了用于生成密钥对的函数：

const size_t PUBLICKEYBYTES = 32;
const size_t SECRETKEYBYTES = 32;
int random_keypair(unsigned char pk[PUBLICKEYBYTES],
                   unsigned char sk[SECRETKEYBYTES]);

该函数随机生成一个秘钥，计算对应的公钥，并将结果放入pk和sk。

当只返回一个ByteString 时，我发现最简单的方法是使用Data.ByteString.Internal 中的create :: Int -> (Ptr Word8 -> IO ()) -> IO ByteString。但是，该函数不能同时创建两个ByteStrings。

我的第一个方法是写如下内容：

newtype PublicKey = PublicKey ByteString
newtype SecretKey = SecretKey ByteString
randomKeypair :: IO (PublicKey, SecretKey)
randomKeypair = do
    let pk = B.replicate 0 publicKeyBytes
        sk = B.replicate 0 secretKeyBytes
    B.unsafeUseAsCString pk $ \ppk ->
        B.unsafeUseAsCString sk $ \psk ->
        c_random_keypair ppk psk
    return (PublicKey pk, SecretKey sk)

但是，这似乎不适用于 GHC 7.10.2。在运行测试套件时，我发现我似乎在函数调用之间共享了 ByteStrings，导致加密/解密失败并给出不正确的结果。

我已经通过定义自己的函数来解决这个问题：

createWithResult :: Int -> (Ptr Word8 -> IO a) -> IO (ByteString, a)
createWithResult i f = do
    fp <- B.mallocByteString i
    r <- withForeignPtr fp f
    return (B.fromForeignPtr fp 0 i, r)

并像这样使用它：

randomKeypair = fmap (PublicKey *** SecretKey) $
    createWithResult publicKeyBytes $ \ppk ->
    B.create secretKeyBytes $ \psk ->
    void $ c_random_keypair ppk psk

这似乎有效，所有测试都通过了。

我的问题是，对于 IO monad 而言，共享和引用透明的语义到底是什么？

我的直觉（错误地）告诉我，我可以用第一种方式解决问题，但显然我做不到。我相信正在发生的事情是优化器看到 let-statements 可以浮动到顶级定义中，这就是我遇到这些问题的原因。

Answer 1

这并不能回答您的问题，但是太长了，无法发表评论。

作为一个技巧，如果你想避免手动分配，你可以使用两个嵌套的create 调用和一个IORef ByteString 来存储由最里面的create 创建的字节串。例如。 （伪代码）

secRef <- newIORef ""
pubB <- create publicKeyBytes (\pub -> do
   secB <- create secretKeyBytes (\sec -> void $ c_random_keypair pub sec)
   writeIORef secRef secB)
secB <- readIORef secRef
return (pubB, secB)

但是，我更喜欢您的 createWithResult 而不是这种方法。

Answer 2

您的第一种方法的问题是您正在尝试修改不可变值（函数中的pk 和sk）。 docs for unsafeUseAsCString 说：

修改 CString，无论是在 C 中，还是使用 poke，都会导致 ByteString 的内容发生变化，破坏引用透明度

IO monad 在共享和引用透明度方面没有不同的语义。事实上，do 块中的let 与IO monad 没有任何关系；您的代码相当于：

randomKeypair :: IO (PublicKey, SecretKey)
randomKeypair =
    let pk = B.replicate 0 publicKeyBytes
        sk = B.replicate 0 secretKeyBytes
    in B.unsafeUseAsCString pk (\ppk ->
        B.unsafeUseAsCString sk $ \psk ->
        c_random_keypair ppk psk) >>
    return (PublicKey pk, SecretKey sk)

现在可以清楚地看到pk 和sk 可以浮动到顶层。