如何获取特征 object 的地址？

Question

您如何获得特征 object 的地址？ 我试过这个：

fn func() {}

fn main() {
    let boxed_func: Box<dyn Fn()> = Box::new(func);

    println!("expect: {:p}", func as *const ()); // 0x55bb0207e570

    println!("actual: {:p}", &boxed_func); // 0x7ffe5217e5a0
    println!("actual: {:p}", Box::into_raw(boxed_func)); // 0x1
}

但它产生不同的地址。

Answer 1

首先，简单的一个：正如评论中提到的， &boxed_func只是局部变量boxed_func的地址，而不是底层数据的地址。 将其视为指向指针的指针。

现在是困难的部分。 我认为让您感到困惑的一件事是指向特征对象的指针是胖指针，而使用"{:p}"打印并没有反映出这一点。 它们由指向实际数据的指针和指向 vtable 的指针组成，vtable 存储有关 trait 实现的信息。

这可以通过（可能是UB）代码看到

fn func() {}

fn main() {
    let boxed_func: Box<dyn Fn()> = Box::new(func);

    println!("function pointer: {:p}", func as fn()); // 0x560ae655d1a0
    println!("trait object data pointer: {:p}", boxed_func); // 0x1
    println!("stack pointer: {:p}", &boxed_func); // 0x7ffebe8f4688

    let raw = Box::into_raw(boxed_func);
    println!("raw data pointer: {:p}", raw); // 0x1

    // This is likely undefined behavior, since I believe the layout of trait objects isn't specified
    let more_raw = unsafe { std::mem::transmute::<_, (usize, usize)>(raw) };
    println!("full fat pointer: {:#x}, {:#x}", more_raw.0, more_raw.1); // 0x1, 0x560ae6789468
}

（游乐场链接）

所以boxed_func的实际底层指针由两个指针组成： 0x1和0x55ec289004c8 （结果可能在此处有所不同）。 0x1是指向零大小类型的指针的常用值。 显然，您不想为此目的使用 null 指针，但您也不需要有效指针。 零大小的类型通常使用Unique::empty分配，它简单地返回一个悬空指针，指向位于该类型的 alignment 的 memory 位置（Z5A159214B169DA90D96590D47F139 的 Z5A159214B169DA90D96590D47F139 类型）。

// Some zero-sized types and where they get allocated

struct Foo;

fn main() {
    let x = Box::new(());
    println!("{:p}", x); // 0x1

    let y = Box::new(Foo);
    println!("{:p}", y); // 0x1
}

（游乐场链接）

因此，在我们的特征 object 的情况下，这告诉我们特征 object 的数据部分（可能）是零大小的类型，这是有道理的，因为func除了需要的数据之外没有任何与之关联的数据叫它。 该信息保存在vtable中。

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查看特征 object 的原始部分的一种更安全（更少 UB 诱导）的方法是使用仅夜间结构TraitObject 。

#![feature(raw)]
use std::raw::TraitObject;

fn func() {}

fn main() {
    let boxed_func: Box<dyn Fn()> = Box::new(func);

    println!("function: {:p}", func as fn()); // 0x56334996e850
    println!("function trait object: {:p}", boxed_func); // 0x1
    println!("stack address: {:p}", &boxed_func); // 0x7ffee04c2378

    // Safety: `Box<dyn Trait>` is guaranteed to have the same layout as `TraitObject`.
    let trait_object = unsafe { std::mem::transmute::<_, TraitObject>(boxed_func) };
    println!("data pointer: {:p}", trait_object.data); // 0x1
    println!("vtable pointer: {:p}", trait_object.vtable); // 0x563349ba3068
}

（游乐场链接）

用其他一些特征对象试试这个，看看你是否能找到一些没有零大小数据的对象。

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TraitObject已弃用，并且根据Tracking Issue for pointer metadata APIs #81513 ，它已被原始类型指针的to_raw_parts(self)方法替换。

#![feature(ptr_metadata)]

trait Trait {
    fn f(&self) -> i32;
}

struct Struct {
    i: i32
}

impl Trait for Struct {
    fn f(&self) -> i32 {
        self.i
    }
}

fn main() {
    let s = Struct { i: 1 };
    let sp = &s as *const _;
   
    let (sdynp, sdynvtable) = (&s as &dyn Trait as *const dyn Trait).to_raw_parts();
    
    println!("sp = {:p}", sp);
    
    println!("sdynp = {:p}, sdynvtable = {:#?}", sdynp, sdynvtable);
}

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