1. Pin 的概念

Rust 中的 Pin 是一个「固定化的」指针,它用于确保值在内存中不会被移动。在异步编程和基于 future 的库中,使用 Pin 可以避免值被移动而造成悬空指针的问题。当一个值通过 Pin 封装之后,在编译时就会防止移动或者销毁该值。

Pin 的主要用途是在 Future 和 Generator 上,它能够确保异步任务永远不会被意外取消。这是因为 Future 和 Generator 需要恒定的内存地址,以便在他们结束之前保持持续的访问。如果被封装在 Pin 中的值需要使用自己的 Drop 实现,它也能防止 Drop 实现被必要的终结器探针活动进行优化。

Rust 语言的智能指针 Pin 本质上是一个不可变指针,与 Box 或 & 的可变性没有直接联系,它的主要作用是确保引用的值不会被移动。

2. 引用不安全的场景

有时候,尽管使用了 Pin,仍然需要在 Rust 中进行一些引用不安全的操作。在这些场景中,需要使用到 Rust 的非安全特性,例如使用 unsafe 代码块、裸指针或使用 unsafe 函数。这种情况通常出现在需要操作内存布局或对包含 Pin 值的类型进行特定的操作时。

一个常见的引用不安全场景是当 Pin 内部的值是自引用的情况,即该值内部包含对自己的指针。这种情况下,通过 Pin 来确保值的引用不会被移动,从而可以在值内部保留一个对自己的引用。然而,由于 Rust 编译器无法自动识别与处理自引用的情况,因此这段代码通常需要使用不安全的方法来实现。

3. Pin 示例代码

以下是一个使用 Pin 的示例代码,用于解释引用的固定化:

use std::pin::Pin;
use std::marker::PhantomPinned;

struct Example {
    _private: PhantomPinned,
    data: Vec,
}

impl Example {
    fn new(data: Vec) -> Pin> {
        let result = Example {
            _private: PhantomPinned,
            data,
        };
        unsafe { Pin::new_unchecked(Box::new(result)) }
    }
}
Rust

在上述代码中,创建了一个名为 Example 的结构体,其中包含一个 PhantomPinned 字段和一个 data 字段。PhantomPinned 字段用于确保 Example 不会被移动,data 字段用于存储一些数据。

在 Example 的实现中,定义了一个 new 函数,该函数接受一个 data 参数,并返回一个固定化的 Box。在函数内部,使用 Pin::new_unchecked 函数和 Box::new 函数将 Example 值封装成一个 Pin 指针。这样就确保了被封装的 Example 值在内存中不会被移动,保证了引用的固定性。