不可变上下文的不安全变异在发布模式下失败

Question

在下面的代码中，我使用不安全代码将一个不可变引用转换为一个可变指针，然后我尝试通过这个可变指针来编辑内部值。

fn main() {
    #[repr(transparent)]
    struct Item(isize);

    impl Item {
        #[inline]
        fn ptr(&self) -> *mut isize {
            self as *const Item as *mut isize
        }
        fn increment(&self) {
            let val = self.0 + 1;
            unsafe {std::ptr::write(self.ptr(), val)}
        }
    }

    let item = Item(22);
    println!("before = {}", item.0);
    item.increment();
    println!("after = {}", item.0);
}

当我在调试模式下编译时，结果符合预期并且值确实增加了。 但是，在发布模式下，尽管运行了该部分代码，但该值根本不会增加。 此外，以下其他类型的值变异似乎也不起作用

unsafe {*&mut *(self.ptr()) += 1;}

std::mem::replace()

std::mem::swap()

1. 这是什么原因？
2. 在 --release 模式下我想做的事情是不可能的吗？

Answer 1

Rust 不允许你改变从不可变引用中获得的值，即使你将它转换为可变引用或可变原始指针。允许编译器假设使用不可变引用传递的值永远不会改变，并且它可以在考虑到这一点的情况下进行优化。打破这个假设是未定义的行为，并且会以意想不到的方式破坏你的程序。这可能是您的示例中发生的情况：编译器看到

increment

采用不可变引用，因此

item

在调用前后必须相同，并且它可以优化代码，就好像是这种情况一样。

只有一个例外：

UnsafeCell

。

UnsafeCell

是一种允许内部可变性的特殊类型，让您从

&mut T

（带有不安全代码）得到一个

&UnsafeCell<T>

，并告诉编译器它不能假设内容不变，即使您有对单元格的不可变引用。

虽然

UnsafeCell

的问题是您仍然需要维护 Rust 的借用保证（例如，可变引用在存在时必须是唯一的），但是编译器将依赖您作为程序员来确保这些保证得到维护。因此，通常建议您改用安全类型，例如

Cell

、

RefCell

、

Mutex

、

RwLock

或 atomic 类型。这些都有不同的权衡，但它们都是作为

UnsafeCell

的安全包装器构建的，以允许内部可变性，同时对借用保证进行一些检查（一些在编译时，一些在运行时）。

Cell

，例如，可以为你的例子工作：

    #[repr(transparent)]
    struct Item(Cell<isize>);

    impl Item {
        fn increment(&self) {
            let val = self.0.get() + 1;
            self.0.set(val);
        }
    }

    let item = Item(Cell::new(22));
    println!("before = {}", item.0.get());
    item.increment();
    println!("after = {}", item.0.get());
}