如何获取特征对象的地址？

Question

如何获取 trait 对象的地址？我试过这个：

fn func() {}

fn main() {
    let boxed_func: Box<dyn Fn()> = Box::new(func);

    println!("expect: {:p}", func as *const ()); // 0x55bb0207e570

    println!("actual: {:p}", &boxed_func); // 0x7ffe5217e5a0
    println!("actual: {:p}", Box::into_raw(boxed_func)); // 0x1
}

但它会产生不同的地址。

Answer 1

首先，简单一点：如 cmets 中所述，&boxed_func 只是局部变量boxed_func 的地址，而不是底层数据的地址。将其视为指向指针的指针。

现在是困难的部分。我认为让您感到困惑的一件事是指向特征对象的指针是胖指针，而使用"{:p}" 打印并没有反映出这一点。它们由指向实际数据的指针和指向 vtable 的指针组成，vtable 存储有关 trait 实现的信息。

这可以通过（可能是 UB）代码看到

fn func() {}

fn main() {
    let boxed_func: Box<dyn Fn()> = Box::new(func);

    println!("function pointer: {:p}", func as fn()); // 0x560ae655d1a0
    println!("trait object data pointer: {:p}", boxed_func); // 0x1
    println!("stack pointer: {:p}", &boxed_func); // 0x7ffebe8f4688

    let raw = Box::into_raw(boxed_func);
    println!("raw data pointer: {:p}", raw); // 0x1

    // This is likely undefined behavior, since I believe the layout of trait objects isn't specified
    let more_raw = unsafe { std::mem::transmute::<_, (usize, usize)>(raw) };
    println!("full fat pointer: {:#x}, {:#x}", more_raw.0, more_raw.1); // 0x1, 0x560ae6789468
}

(playground link)

所以boxed_func 的实际底层指针由两个指针组成：0x1 和0x55ec289004c8（结果可能在此处有所不同）。 0x1 是指向零大小类型的指针的常用值。显然，您不想为此使用空指针，但您也不需要有效指针。零大小类型通常使用Unique::empty 分配，它只是返回一个悬空指针，指向类型对齐的内存位置（零大小类型的对齐为1）。

// Some zero-sized types and where they get allocated

struct Foo;

fn main() {
    let x = Box::new(());
    println!("{:p}", x); // 0x1

    let y = Box::new(Foo);
    println!("{:p}", y); // 0x1
}

(playground link)

所以在我们使用 trait 对象的情况下，这告诉我们 trait 对象的数据部分（可能）是零大小的类型，这是有道理的，因为 func 没有任何关联的数据除了需要调用它之外。该信息保存在vtable。

---

查看特征对象原始部分的更安全（更少 UB 诱导）的方法是使用仅夜间结构 TraitObject。

#![feature(raw)]
use std::raw::TraitObject;

fn func() {}

fn main() {
    let boxed_func: Box<dyn Fn()> = Box::new(func);

    println!("function: {:p}", func as fn()); // 0x56334996e850
    println!("function trait object: {:p}", boxed_func); // 0x1
    println!("stack address: {:p}", &boxed_func); // 0x7ffee04c2378

    // Safety: `Box<dyn Trait>` is guaranteed to have the same layout as `TraitObject`.
    let trait_object = unsafe { std::mem::transmute::<_, TraitObject>(boxed_func) };
    println!("data pointer: {:p}", trait_object.data); // 0x1
    println!("vtable pointer: {:p}", trait_object.vtable); // 0x563349ba3068
}

(playground link)

用其他一些特征对象试试这个，看看你是否能找到一些没有零大小数据的对象。

---

TraitObject 已弃用，根据Tracking Issue for pointer metadata APIs #81513，它被to_raw_parts(self) method of primitive type pointer 替换。

#![feature(ptr_metadata)]

trait Trait {
    fn f(&self) -> i32;
}

struct Struct {
    i: i32
}

impl Trait for Struct {
    fn f(&self) -> i32 {
        self.i
    }
}

fn main() {
    let s = Struct { i: 1 };
    let sp = &s as *const _;
   
    let (sdynp, sdynvtable) = (&s as &dyn Trait as *const dyn Trait).to_raw_parts();
    
    println!("sp = {:p}", sp);
    
    println!("sdynp = {:p}, sdynvtable = {:#?}", sdynp, sdynvtable);
}

playground link