如何将借来的值包装在也是借来的值的新类型中？

Question

我正在尝试使用newtype pattern 来包装预先存在的类型。该内部类型有一个modify 方法，它允许我们在回调中使用借用的可变值：

struct Val;

struct Inner(Val);

impl Inner {
    fn modify<F>(&self, f: F)
    where F: FnOnce(&mut Val) -> &mut Val { … }
}

现在我想在我的新类型Outer 上提供一个非常相似的方法，但是它不应该在Vals 上工作，但又是一个新类型包装器WrappedVal：

struct Outer(Inner);
struct WrappedVal(Val);

impl Outer {
    fn modify<F>(&self, f: F)
    where
        F: FnOnce(&mut WrappedVal) -> &mut WrappedVal,
    {
        self.0.modify(|v| f(/* ??? */));
    }
}

此代码是原始 API 的简化示例。我不知道为什么从闭包返回引用，也许是为了方便链接，但它不应该是必要的。它采用&self，因为它使用内部可变性——它是一种表示嵌入式系统上的外围寄存器的类型

如何从&mut Val 获得&mut WrappedVal？

我尝试了各种方法，但都被借用检查器破坏了。我无法将Val 从可变引用中移出以构造正确的WrappedVal，并且在尝试使用struct WrappedVal(&'? mut Val) 时我也无法编译生命周期（实际上我并不真正想要，因为它们是使特征实现复杂化）。

我最终得到了它的编译（见Rust playground demo），使用的绝对恐怖

self.0.modify(|v| unsafe {
    (f((v as *mut Val as *mut WrappedVal).as_mut().unwrap()) as *mut WrappedVal as *mut Val)
        .as_mut()
        .unwrap()
});

但肯定有更好的方法吗？

Answer 1

您当前的定义没有安全的方法，您的不安全代码也不能保证是安全的。没有约定 WrappedVal 的布局与 Val 的布局相匹配，尽管这就是它的全部内容。

不使用unsafe的解决方案

不要这样做。相反，包装参考：

struct WrappedVal<'a>(&'a mut Val);

impl Outer {
    fn modify<F>(&self, f: F)
    where
        F: FnOnce(WrappedVal) -> WrappedVal,
    {
        self.0.modify(|v| f(WrappedVal(v)).0)
    }
}

使用unsafe的解决方案

您可以声明您的类型与它所包装的类型具有相同的表示，从而通过repr(transparent) 使指针兼容：

#[repr(transparent)]
struct WrappedVal(given::Val);

impl Outer {
    fn modify<F>(&self, f: F)
    where
        F: FnOnce(&mut WrappedVal) -> &mut WrappedVal,
    {
        self.0.modify(|v| {
            // Insert documentation why **you** think this is safe
            // instead of copy-pasting from Stack Overflow
            let wv = unsafe { &mut *(v as *mut given::Val as *mut WrappedVal) };
            let wv = f(wv);
            unsafe { &mut *(wv as *mut WrappedVal as *mut given::Val) }
        })
    }
}

有了repr(transparent)，这两个指针就可以互换了。我跑了a quick test with Miri and your full example 并没有收到任何错误，但这不是我没有搞砸其他事情的灵丹妙药。

Answer 2

使用ref_cast 库，您可以编写：

#[derive(RefCast)]
#[repr(transparent)]
struct WrappedVal(Val);

然后你可以使用WrappedVal::ref_cast_mut(v)进行转换。