我应该如何释放Rust中分配的C#byte []?

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我有一个Rust函数,它将字节数组传递给C#:

#[no_mangle]
pub extern "C" fn get_bytes(len: &mut i32, bytes: *mut *mut u8) {
    let mut buf : Vec<u8> = get_data();
    buf.shrink_to_fit();

    // Set the output values
    *len = buf.len() as i32;
    unsafe {
        *bytes = buf.as_mut_ptr();
    }

    std::mem::forget(buf);
}

从C#,我可以调用它而不会崩溃。(代替崩溃,我认为这是正确的,但不确定100%):

[DllImport("my_lib")] static extern void get_bytes(ref int len, 
    [MarshalAs(UnmanagedType.LPArray, SizeParamIndex = 0)] ref byte[] bytes);

void test()
{
   int len = 0;
   byte[] bytes = null;
   get_bytes(ref len, ref bytes);
}

然后bytes,我使用,但是我知道Rust需要释放该内存。所以我还有另一个Rust函数来释放它:

#[no_mangle]
pub extern "C" fn free_bytes(len: i32, bytes: *mut *mut u8) {
    // also tried with: -------------- bytes: *mut u8
    assert!(len > 0);

    // Rebuild the vec
    let v = unsafe { Vec::from_raw_parts(bytes, len as usize, len as usize) };

    //println!("bytes to free: {:?}", v);

    drop(v); // or it could be implicitly dropped
}

和相应的C#。拨打电话使我的应用程序崩溃:

[DllImport("my_lib")] extern void free_bytes(int len, ref byte[] bytes);

void test()
{
   int len = 0;
   byte[] bytes = null;
   get_bytes(ref len, ref bytes);

   // copy bytes to managed memory
   bytes[] copy = new byte[len];
   bytes.CopyTo(copy, 0);
   // free the unmanaged memory
   free_bytes(len, ref bytes); // crash occurs when executing this function
}

我看到Vec::from_parts_raw“非常不安全”。因为“capacity必须是分配了指针的容量。”,所以我也尝试在Rust和C#之间传递容量而不shrink_to_fit保留长度和容量。那也崩溃了。

我假设from_parts_raw恢复了堆上的现有内存,但是我注意到C#中的字节内容(在Visual Studio中显示)与Rust中的内容不匹配(通过“释放字节数” println)。那么Vec<u8>,在Rust正在接受的类型(例如*mut u8vs *mut *mut u8),C#DllImport中的其他地方,我如何恢复要释放的,这是我的错误吗?

AlphaModder

主要问题

byte*/*mut u8byte[]是不同种类的对象。后者必须指向由.NET GC管理的内存。因此,虽然可以将abyte[]视为byte*(固定时),但不能将abyte*视为任意byte[]

我不完全确定编组员在您的情况下正在做什么,但是可能是这样的:

  • 分配一个指针大小的空间,初始化为空指针。
  • 使用指向该空间的指针作为第二个参数调用rust方法。
  • 解释该空间的更新内容,作为指向C样式字节数组的指针。
  • 将此阵列的内容复制到新分配的托管阵列。
  • 将该托管数组放置在C#local中bytes

如您所见,进入的数组bytes是一个全新的托管数组,与*bytesRust写入的指针没有持久的关系所以当然试图调用free_bytesbytes会失败,因为它会被编组为指向内存的指针由.NET GC和不生锈管理。

次要问题

如果打算通过P / Invoke释放内存,则无法绕开将容量传递给C#并保持其容量。这是因为文档所示,Vec::shrink_to_fit不能保证减小capacity并且您必须具有正确的能力才能拨打电话lenVec::from_raw_parts

解决方案

将a的所有权传递Vec给其他代码的唯一合理方法是使用Rust端的此类函数。

#[no_mangle]
pub unsafe extern "C" fn get_bytes(len: *mut i32, capacity: *mut i32) -> *mut u8 {
    let mut buf: Vec<u8> = get_data();

    *len = buf.len() as i32;
    *capacity = buf.capacity() as i32;

    let bytes = buf.as_mut_ptr();
    std::mem::forget(buf);
    return bytes;
}

#[no_mangle]
pub unsafe extern "C" fn free_bytes(data: *mut u8, len: i32, capacity: i32) {
    let v = Vec::from_raw_parts(bytes, len as usize, capacity as usize);
    drop(v); // or it could be implicitly dropped
}

而在C#端,您将具有以下内容:

[DllImport("my_lib")] 
static extern IntPtr get_bytes(out int len, out int capacity);

[DllImport("my_lib")] 
static extern void free_bytes(IntPtr bytes, int len, int capacity);

void test()
{
   int len, capacity;
   IntPtr ptr = get_bytes(out len, out capacity);
   // TODO: use the data in ptr somehow
   free_bytes(ptr, len, capacity);
}

对于要代替TODO的内容,您有几种不同的选择。

  • IntPtr原样使用诸如之类的方法从数组中读取数据Marshal.ReadIntPtr我不建议这样做,因为它很冗长且容易出错,并且会阻止使用大多数针对数组的API。
  • 将转换IntPtrbyte*with(byte*)ptr.ToPointer()byte*直接使用raw 这可能比上面的内容略微冗长,但是它容易出错,并且许多有用的API都不接受原始指针。
  • 将数据从中复制IntPtr到托管表中byte[]这有点低效,但是您将拥有真正的托管阵列的所有优点,并且即使在调用free_bytes原始内存之后也可以安全地使用该阵列但是,如果要修改数组并使这些修改对Rust可见,则必须执行另一个复制。对于此解决方案,将注释替换为:
byte[] bytes = new byte[len];
Marshal.Copy(ptr, bytes, 0, len);
  • 如果您使用的是C#7.2或更高版本,则可以避免使用新Span<T>类型复制内存,该类型可以代表一系列托管或非托管内存。根据您打算使用的内容bytes,aSpan<byte>可能就足够了,因为已经更新了许多API以接受最新版本的C#中的跨度。由于范围直接是指Rust分配的内存,因此对它的任何更改都将反映在Rust端,并且您不能在调用释放了该内存之后尝试使用它free_bytes对于此解决方案,将注释替换为:
Span<byte> bytes = new Span<byte>(ptr.ToPointer(), len);

关于安全的注意事项

请注意,Rust函数get_bytes标记为unsafe这是因为as运算符用于将vec的长度和容量转换为i32s。如果它们不位于的范围内,将会恐慌i32,并且据我所知,在FFI边界(例如P / Invoke引入的边界)上恐慌仍然是未定义的行为。在生产代码中,get_bytes可以将其修改为以其他方式处理此类错误,也许可以通过返回空指针来实现,而C#将需要检测这种情况并采取相应的措施。

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