在Rust中，是否可以将一个结构的内存与另一个结构相关联？

Question

我知道在Rust中，编译器不保证你按照声明它们的顺序获取结构数据，以节省内存（我也相信一些C代码优化器正在做同样的事情）。现在假设我有一个二叉树，并希望将其转换为双链表。在C中我会声明两个结构：

typedef struct tree{
    void* left_child;
    void* right_child;
    void* data;
}tree_t;

对于树，和：

typedef struct list{
    void* before;
    void* after;
    void* data;
}list_t;

对于链表。如果我现在想要将树转换为列表，我可以在适当的位置执行此操作，我只是将树的内存与列表结构相关联并更改指针：

tree_t mytree;
/*fill tree*/
list_t *list_p;
list_p = (list_t)&mytree;
/*change pointers accordingly*/

但是我怎么能在Rust做这样的事呢？是否可以不使用unsafe代码？直到现在我有了我的树：

struct TreeNode<'a, T> {
    left_child: BinaryTreeLink<'a, T>,
    right_child: BinaryTreeLink<'a, T>,
    data : &'a T,
}

type BinaryTreeLink<'a, T> = Option<Box<TreeNode<'a, T>>>;

列表将是：

struct ListNode<'a, T> {
    before: ListLink<'a, T>,
    after: ListLink<'a, T>,
    data : &'a T,
}

type ListLink<'a, T> = Option<Box<ListNode<'a, T>>>;

但是我现在如何才能有效地转换它们呢？

Answer 1

但是我怎么能在Rust做这样的事呢？是否可以不使用不安全的代码？直到现在我有了我的树

要直接执行相同的操作，您需要使用不安全的代码。功能std::mem::transmute完全符合您的要求。问题是Rust中的结构布局不能保证，因此以下通常是未定义的行为：

use std::mem;
let list_link: Option<Box<ListNode<_>>> = unsafe { mem::transmute(tree_node) };

但是，您可以使用C表示强制结构的布局是可预测的，从而使其安全：

#[repr(C)]
struct TreeNode<'a, T> {
    left_child: BinaryTreeLink<'a, T>,
    right_child: BinaryTreeLink<'a, T>,
    data : &'a T,
}

#[repr(C)]
struct ListNode<'a, T> {
    before: ListLink<'a, T>,
    after: ListLink<'a, T>,
    data : &'a T,
}

您还需要将#[repr(C)]应用于内部类型的定义，ListLink和BinaryTreeLink。

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但是如何完全避免不安全的代码呢？如果您编写使用原始数据的转换函数，则优化器应该能够将其转换为无操作，因为它知道没有其他代码可以引用该内存。

<'a, T> impl From<ListNode<'a, T>> for TreeNode<'a, T> {
     fn from(other: ListNode<'a, T>) -> ListNode<'a, T>> {
         ListNode {
             before: other.left_child,
             after: other.right_child,
             data: other.data,
         }
     }
}

你肯定应该对此进行基准测试以确保，但是优化器具有将其变为无操作所需的所有信息，并且它很可能会这样做。