linked-list - 是否可以在 Rust 中将一个结构的内存与另一个结构相关联？

Question

我知道在 Rust 中，编译器不保证您按照声明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)。假设现在我有一个二叉树并想将其转换为双向链表。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，并且:

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

为链表。如果我现在想将树转换为列表，我可以就地执行此操作，我只需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 中做这样的事情呢？不使用 unsafe 代码是否可行？ 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>>>;

但我现在如何才能有效地转换它们呢？

Answer 1

But How can I do such a thing in Rust? Is it even possible without using unsafe code? Till now I have my tree

要直接做同样的事情，您需要使用不安全的代码。函数 std::mem::transmute 完全符合您的要求。问题在于 Rust 中结构的布局是无法保证的，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，您可以通过使用 C 表示强制结构的布局是可预测的来使其安全:

#[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 ListLink 和 BinaryTreeLink 的定义。

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但是如何完全避免不安全的代码呢？如果您编写转换函数，消耗原始数据，优化器应该能够将其转换为空操作，因为它知道没有其他代码可以引用该数据内存。

<'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,
         }
     }
}

您绝对应该对此进行基准测试以确保，但优化器拥有将其变成空操作所需的所有信息，而且它很可能会。