为什么 Read::read 和 Read::read_exact 要求初始化传递给它们的缓冲区？

Question

我有一个阅读器，其中包含有关 51*51 网格的信息，其中网格上的每个点都由 f32 表示。我想将这些数据读入一个向量，以便我可以轻松处理它：

pub fn from_reader<R: Read + Seek>(reader: &mut R) -> Arena {
    let arena_size = 51 * 51;
    let arena_byte_size = arena_size * size_of::<f32>();
    let mut arena = vec![0.0f32; arena_size];

    unsafe {
        let mut arena_slice =
            std::slice::from_raw_parts_mut(arena.as_mut_ptr() as *mut u8, arena_byte_size);
        let _ = reader.read(&mut arena_slice);
    };
    //...
}

此方法不方便且不必要地缓慢，因为它强制将向量的所有元素初始化为 0 值。我最初想简单地分配一个缓冲区，而不是初始化它，将数据读入其中，然后使用from_raw_parts 从中创建一个向量。但是我被告知这是未定义的行为，因为出于某种深不可测的原因，read 和 read_exact 要求调用者在调用它们之前初始化传递给它们的数据。

为什么会这样？有什么解决方法吗？ Rust 团队是否正在制定任何解决方案？

Answer 1

为什么会这样？

因为Read 的实现者首先读取传入的缓冲区是有效的。如果您传入未初始化的数据并且Read 的实现者查看了缓冲区，那么在纯安全代码中将存在未定义的行为。静态地禁止这一点是 Rust 的一大卖点。

use std::io::{self, Read};

struct Dummy;

impl Read for Dummy {
    fn read(&mut self, buffer: &mut [u8]) -> io::Result<usize> {
        let v: u8 = buffer.iter().sum(); // Reading from the buffer
        buffer[0] = v;
        Ok(1)
    }
}

fn main() {
    let mut data = [0, 1, 2];
    Dummy.read(&mut data).unwrap();
    println!("{:?}", data);
}

• 为什么Read::read 不阻止从缓冲区读取？

  没有一种语言结构可以用来施加这种限制。与其他一些语言不同，Rust 没有“输出参数”。即使是这样，我也可以看到Read 的实现者希望能够读取它刚刚写入的数据。例如，计算通过它的换行符数量的阅读器。

• 为什么Read::read 不接受MaybeUninit？

  MaybeUninit 在 Rust 1.0 中不存在——它仅在 Rust 1.36 中稳定。我们希望能够在 Rust 1.0 中读取文件。由于 Rust 的向后兼容性保证，该方法的签名现在无法更改。

• 为什么Read::read 不是unsafe？

  这将是支持未初始化数据的主要（唯一？）技术，但成本很高。 unsafe 不是经验丰富的 Rust 程序员轻易选择的工具。当我们确实使用它时，我们通常会非常努力尽量减少它的范围。

  如果Read::read 不安全，那么每个实施者都必须考虑如何正确满足不安全标准。这对“简单”适配器来说是一个沉重的负担。

有什么解决方法吗？ Rust 团队是否正在制定任何解决方案？

不稳定的Read::initializer 方法是一种建议的解决方案，但它可能不是首选路线。

RFC 2930 提供了更新的尝试，并讨论了许多背景故事和挑战。

另见：

• Is an array required to be initialized if I will read file contents into it?
• In Rust, is there a way to directly read the content of a file into the given uninitialized byte array?
• Is there a way to not have to initialize arrays twice?

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对于您的具体情况，您可能可以使用Read::take 和Read::read_to_end 将您想要的所有字节读入一个空的（未初始化的！）Vec 然后convert a Vec<T> to a Vec<U> without copying the vector。您需要以某种方式确保您已将 Vec 与 f32 正确对齐，因为它开始时仅与 u8 对齐。