C 结构到 Rust 的错误映射

Question

出于教育目的，我尝试访问 Rust 中的 FILE 结构：

unsafe {
    let passwd = libc::fopen("/etc/passwd".to_ptr(), &('r' as libc::c_char));
    let fp = &mut *(passwd as *mut MY_FILE);
    println!("flags={}, file={}", fp._flags, fp._file);
}

我通过在 stdio.h 上运行 bindgen 获得的 MY_FILE 结构（我在 OS X 上）：

bindgen /usr/include/stdio.h

不知何故，_flags 对于以写入模式打开的文件（在读取模式下为 4）始终为 8，因此此标志似乎已关闭（我使用 C 代码进行了测试以验证它确实不是 4 或 8） .然而，文件指针似乎是正确的。什么可能导致这种情况？我是否从错误的头文件中提取绑定？有什么我需要添加到#[repr(C,)] 属性的吗？

Here 是包含结构体的完整代码。

这是an earlier question的后续问题

Answer 1

首先，您对ToPtr 的实现会引入不健全的代码。转载于此：

// code in italics is wrong
impl ToPtr for str {
    fn to_ptr(&self) -> *const i8 {
        CString::new(self).unwrap().as_ptr()
    }
}

这会分配一个新的CString 并返回一个指向其内容的指针，但是CString 在to_ptr 返回时会被丢弃，所以这是一个悬空指针。 此指针的任何取消引用都是未定义的行为。documentation 对此有一个很大的警告，但这仍然是一个非常常见的错误。

从字符串文字生成*const c_char 的一种正确方法是b"string here\0".as_ptr() as *const c_char。该字符串以空值结尾并且没有悬空指针，因为字符串文字适用于整个程序。如果您有要转换的非常量字符串，您必须在使用 CString 时保持其活动状态，如下所示：

let s = "foo";
let cs = CString::new(s).unwrap(); // don't call .as_ptr(), so the CString stays alive
unsafe { some_c_function(cs.as_ptr()); }
// CString is dropped here, after we're done with it

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除此之外：编辑器“建议”（我是 Stack Overflow 的新手，但评论而不是尝试重写我的答案似乎更有礼貌）上面的代码可以这样编写：

let s = "foo";
unsafe {
    // due to temporary drop rules, the CString will be dropped at the end of the statement (the `;`)
    some_c_function(CString::new(s).unwrap().as_ptr());
}

虽然这在技术上是正确的（最好的正确），但所涉及的“临时丢弃规则”是微妙的——这是因为 as_ptr 引用了 CString ^{_{（实际上是&CStr，因为编译器将方法链更改为 CString::new(s).unwrap().deref().as_ptr())}} 而不是消费它，而且因为我们只有一个 C要调用的函数。在编写不安全的代码时，我不喜欢依赖任何微妙或不明显的东西。

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除此之外，我在你的代码中fixed that unsoundness（你的调用都使用字符串文字，所以我只是使用了上面的第一个策略）。我在 OSX 上得到这个输出：

0, 0, 4, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
0, 0, 8, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
0, 0, 8, 2, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
0, 0, 4, 3, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0

所以，这符合您的结果，对吧？我还编写了以下 C 程序：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    struct __sFILE *fp1 = fdopen(STDIN_FILENO, "r");
    struct __sFILE *fp2 = fdopen(STDOUT_FILENO, "w");
    struct __sFILE *fp3 = fdopen(STDERR_FILENO, "w");
    struct __sFILE *passwd = fopen("/etc/passwd", "r");

    printf("%i %i %i %i\n", fp1->_flags, fp2->_flags, fp3->_flags, passwd->_flags);
}

得到了输出：

4 8 8 4

这似乎证明了 Rust 的结果是正确的。 /usr/include/stdio.h 顶部有一条评论说：

/*
 * The following always hold:
 *
 *  if (_flags&(__SLBF|__SWR)) == (__SLBF|__SWR),
 *      _lbfsize is -_bf._size, else _lbfsize is 0
 *  if _flags&__SRD, _w is 0
 *  if _flags&__SWR, _r is 0
 */

然后查找这些常量：

#define __SLBF  0x0001      /* line buffered */
#define __SRD   0x0004      /* OK to read */
#define __SWR   0x0008      /* OK to write */

这似乎与我们得到的输出相匹配：4 表示以读取模式打开的文件，8 表示写入。那么这里有什么问题呢？