`*const T` 和 *mut T` 原始指针有什么区别？

Question

我正在编写一些不安全的 Rust 代码，所以我需要知道 *const T 和 *mut T 之间的确切区别。我假设它就像&T 和&mut T （即你不能通过&T 改变T，句号），但事实并非如此！

例如，指针包装器NonNull<T>定义如下（source）：

pub struct NonNull<T: ?Sized> {
    pointer: *const T,
}

但是，可以通过as_ptr 从此包装器中获取*mut T，它的定义为：

pub const fn as_ptr(self) -> *mut T {
    self.pointer as *mut T
}

该功能甚至没有标记为unsafe！我不允许从&T 转换为&mut T（有充分的理由！），但显然这样的转换指针很好。

The Nomicon 在the chapter about variance 中提到*const T 和*mut T 的方差不同：

• *const T: 协变
• *mut T：不变

这是指针类型之间的唯一区别吗？这对我来说似乎很奇怪......

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指针类型之间到底有什么区别？ *const T 有没有 *mut T 没有的限制？如果差异很小：在语言中包含这两种指针类型的其他原因是什么？

Answer 1

*const T 和 *mut T 之间的差异

mutable 和 const 原始指针之间的主要区别毫不奇怪，取消引用它们会产生可变或不可变的位置表达式。取消引用 const 指针会产生不可变的place expression，取消引用可变指针会产生可变指针。可变性according to the language reference 的含义如下：

对于要分配给、可变借用、隐式可变借用或绑定到包含ref mut 的模式的位置表达式，它必须是可变的。

const 和 mutable 指针之间的另一个区别是类型的差异，正如您已经指出的那样，我认为这就是全部。

可变指针和常量指针之间的转换

您可以在安全代码中将*const T 强制转换为*mut T，因为只有在取消引用指针后，可变性的差异才会变得相关，而取消引用原始指针无论如何都是不安全的操作。如果不强制转换为可变指针，则无法获得 const 指针指向的内存的可变位置表达式。

Rust 可以对原始指针的可变性更加放松的一个原因是，与引用相比，它不对原始指针的别名做出任何假设。详情请参阅What are the semantics for dereferencing raw pointers?。

为什么NonNull 使用*const T？

NonNull 指针类型用作Box 和Rc 等智能指针的构建块。这些类型暴露了遵循通常的 Rust 引用规则的接口——指针的突变只能通过智能指针本身的所有权或可变引用来实现，而对指针的共享引用只能通过借用智能指针本身来获得.这意味着这些类型协变是安全的，这只有在 NonNull 是协变的情况下才有可能，这反过来意味着我们需要使用 *const T 而不是 *mut T。

如果语言如此相似，为什么还要包含两种不同类型的指针？

让我们考虑一下替代方案。如果只有一个指针类型，它必然需要是可变指针——否则我们将无法通过原始指针修改任何内容。但是该指针类型也需要是协变的，否则我们将无法构建协变智能指针类型。 （总是可以通过在结构中包含PhantomData<some invariant type> 来放弃协变，但是一旦你的结构被它的一个成员呈现为不变的，就没有办法让它再次成为协变的。）由于可变引用是不变的，所以行为这种虚构的指针类型会有点令人惊讶。

另一方面，有两种不同的指针类型可以很好地类比引用：const 指针是协变的，并且取消引用不可变的位置表达式，就像共享引用一样，可变指针是不变的，并且取消引用可变的位置表达式，就像可变引用一样。

我只能推测这些是否是语言设计的实际原因，因为我找不到任何关于该主题的讨论，但这个决定对我来说似乎并不合理。