English Original

12. Unsafe Rust：受控的危险 🔶

你将学到：

• 五种 Unsafe “超能力”及其适用场景。
• 编写可靠的抽象：安全 API 与 Unsafe 内部实现。
• FFI 模式：在 Rust 中调用 C。
• 自定义分配器：Arena 与 Slab 模式。

五种 Unsafe 超能力

unsafe 允许你执行以下五项操作：

1. 解引用裸指针（*const T，*mut T）。
2. 调用 unsafe 函数或方法。
3. 访问或修改可变静态变量。
4. 实现 unsafe trait。
5. 访问 union 的字段。

核心规则：unsafe 并没有关闭借用检查器。它仅仅开启了这五种特定的操作能力。

编写可靠的抽象

unsafe 的最终目标是将危险的低级操作封装在 安全 API 之中。

#![allow(unused)]
fn main() {
pub struct MyBuffer<T, const N: usize> {
    data: [MaybeUninit<T>; N],
    len: usize,
}

impl<T, const N: usize> MyBuffer<T, N> {
    pub fn get(&self, index: usize) -> Option<&T> {
        if index < self.len {
            // SAFETY: 索引已检查，确保在已初始化的范围内。
            Some(unsafe { self.data[index].assume_init_ref() })
        } else {
            None
        }
    }
}
}

FFI：调用 C 代码

使用 extern "C" 和 #[repr(C)] 与 C 语言库进行交互。

#![allow(unused)]
fn main() {
extern "C" {
    fn strlen(s: *const c_char) -> usize;
}

pub fn safe_strlen(s: &str) -> usize {
    let c_str = CString::new(s).unwrap();
    // SAFETY: c_str 是一个以 null 结尾的有效 C 字符串。
    unsafe { strlen(c_str.as_ptr()) }
}
}

自定义分配器

• Arena (Bump) 分配器：通过向前移动指针来分配内存。分配极快（约 2ns），且在 arena 离开作用域时一次性释放所有内存。非常适合处理请求作用域的数据。
• Slab 分配器：预分配固定大小的插槽池。支持 O(1) 复杂度的分配和释放，且能有效防止内存碎片。