为结构创建 *mut *mut

Question

我正在尝试使用指向我的结构的指针调用pthread_join，以便 C 线程可以将结构填充到我指向的内存中。 （是的，我知道这是非常不安全的..）

pthread_join的函数签名：

pub unsafe extern fn pthread_join(native: pthread_t,
                                  value: *mut *mut c_void)
                                  -> c_int

我这样做是为了将 C 代码从一本书移植到 Rust。 C代码：

pthread_t   tid1;
struct foo  *fp;
err = pthread_create(&tid1, NULL, thr_fn1, NULL);
err = pthread_join(tid1, (void *)&fp);

我想出了这个代码：

extern crate libc;
use libc::{pthread_t, pthread_join};

struct Foo {}

fn main() {
    let tid1:pthread_t = std::mem::uninitialized();
    let mut fp:Box<Foo> = std::mem::uninitialized();
    let value = &mut fp;
    pthread_join(tid1, &mut value);
}

但我看到的错误是：

error[E0308]: mismatched types
  --> src/bin/11-threads/f04-bogus-pthread-exit.rs:51:24
   |
51 |     pthread_join(tid1, &mut value);
   |                        ^^^^^^^^^^ expected *-ptr, found mutable reference
   |
   = note: expected type `*mut *mut libc::c_void`
              found type `&mut &mut std::boxed::Box<Foo>`

是否有可能仅使用强制转换来实现这一点，还是我需要转化？

Answer 1

这里有几个问题：

• Box 是指向堆分配资源的指针，您可以使用 Box::into_raw(some_box) 提取指针本身，
• 引用不会被强制转换为指针（即使它们具有相同的表示），您需要显式强制转换，
• 您需要将具体类型转换为c_void，类型推断或许可以做到这一点
• 你有一个对一个指针的引用，你需要一个指向指针的指针；你的间接层级太多了。

让我们开始吧：

// pthread interface, reduced
struct Void;

fn sample(_: *mut *mut Void) {}

// actual code
struct Foo {}

fn main() {
    let mut p = Box::into_raw(Box::new(Foo{})) as *mut Void;
    sample(&mut p as *mut _);
}

请注意，这是内存泄漏（into_raw 的结果），通常应该将内存推回到带有from_raw 的Box 中，以便调用Foo 的析构函数和要调用的内存释放。

Answer 2

代码不能像写的那样工作；那是因为 C 线程并没有真正在您指向的内存中“填充结构”。它负责分配自己的内存（或预先从另一个线程接收）并填充它。 C 线程“返回”的唯一东西是单个地址，而这个地址被pthread_join 拾取。

这就是为什么pthread_join 会收到void **，即指向void * 的指针。这种输出参数使pthread_join能够存储（返回）由新完成的线程提供的void *指针。线程可以通过将指针传递给pthread_exit 或从传递给pthread_create 的start_routine 返回指针来提供指针。在 Rust 中，可以使用如下代码接收原始指针：

let mut c_result: *mut libc::c_void = ptr::null_mut();
libc::pthread_join(tid1, &mut c_result as *mut _);
// C_RESULT now contains the raw pointer returned by the worker's
// start routine, or passed to pthread_exit()

返回的指针指向的内存的内容和大小是正在加入的线程和正在加入它的线程之间的合同问题。如果工作线程是用 C 实现的，并且设计为由其他 C 代码调用，那么一个明显的选择是它为结果结构分配内存，填充它，并提供指向已分配内存的指针。例如：

struct ThreadResult { ... };

...
ThreadResult *result = malloc(sizeof(struct ThreadResult));
result->field1 = value1;
...
pthread_exit(result);

在这种情况下，加入线程的 Rust 代码可以通过复制 C 结构并获取其所有权来解释结果：

// obtain a raw-pointer c_result through pthread_join as 
// shown above:
let mut c_result = ...;
libc::pthread_join(tid1, &mut c_result as *mut _);

#[repr(C)]
struct ThreadResult { ... } // fields copy-pasted from C

unsafe {
    // convert the raw pointer to a Rust reference, so that we may
    // inspect its contents
    let result = &mut *(c_result as *mut ThreadResult);

    // ... inspect result.field1, etc ...

    // free the memory allocated in the thread
    libc::free(c_result);
    // RESULT is no longer usable
}