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深入理解 Rust 的 Pin 类型（掌握不可移动类型的内存安全保障）

主机测评网
Rust
2025-12-03
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在 Rust 编程语言中，Pin 是一个非常重要的类型，它用于确保某些值在内存中不会被移动（move）。这对于实现异步编程、自引用结构体等高级特性至关重要。本文将用通俗易懂的方式，带你从零开始理解 Pin 的作用、原理和使用方法，即使你是 Rust 新手也能轻松上手。

为什么需要 Pin？

Rust 默认允许值在内存中自由移动。例如：

let mut x = String::from("hello");let y = x; // x 被 move 到 y，x 不再有效

这种移动机制对大多数情况是安全的，但有些场景下，我们不希望对象被移动。比如：

自引用结构体（struct 中某个字段指向自身其他字段）
Future 在异步执行中需要固定地址

一旦这些对象被移动，内部指针就会失效，导致未定义行为。为了解决这个问题，Rust 引入了 Pin 类型。

Pin 是什么？

Pin<P> 是一个包装器类型，它“钉住”（pin）一个指针 P 所指向的数据，保证该数据在内存中不会被移动。常见的用法是 Pin<&mut T> 或 Pin<Box<T>>。

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Pin 的基本用法

要使用 Pin，首先需要将数据放入一个可以被固定的容器中，比如 Box 或栈上的引用。

1. 使用 Box 固定堆上数据

use std::pin::Pin;let data = Box::new(42);let pinned = Pin::from(data); // 现在 data 被钉住了

2. 使用栈上引用（需 unsafe）

如果你要在栈上固定数据，必须确保生命周期安全，通常需要 unsafe 块：

use std::pin::Pin;let mut data = 42;let pinned = unsafe { Pin::new_unchecked(&mut data) };// 注意：必须确保 data 在 pinned 存活期间不被移动！

⚠️ 警告：使用 Pin::new_unchecked 是不安全的，仅在你 100% 确保不会移动数据时才使用。

Pin 与 Unpin trait

Rust 中有一个特殊的 trait 叫 Unpin。如果一个类型实现了 Unpin，那么它可以被安全地移动，即使被 Pin 包裹。

几乎所有标准库类型（如 i32, String）都默认实现了 Unpin。只有那些需要固定地址的类型（如某些 Future）才会选择 不实现 Unpin。

你可以通过以下方式“取消”一个类型的 Unpin 实现：

use std::marker::PhantomPinned;struct SelfReferential {    data: String,    pointer_to_data: *const String,    _pin: PhantomPinned, // 这个标记让 SelfReferential 不实现 Unpin}

实际应用场景：自引用结构体

下面是一个简单的自引用结构体示例，展示了如何使用 Pin 来安全地处理内部指针：

use std::pin::Pin;use std::marker::PhantomPinned;#[derive(Debug)]struct SelfRef {    value: String,    slice: *const str,    _pin: PhantomPinned,}impl SelfRef {    fn new(s: String) -> Pin> {        let mut this = Box::pin(SelfRef {            value: s,            slice: std::ptr::null(),            _pin: PhantomPinned,        });                // 安全地设置指针，因为 this 已被 Pin 住，不会移动        let this_ptr: *mut Self = &mut *this as *mut _;        unsafe {            (*this_ptr).slice = (*this_ptr).value.as_str() as *const str;        }                this    }    fn get_slice(&self) -> &str {        unsafe { &*self.slice }    }}fn main() {    let data = SelfRef::new("Hello, Pin!".to_string());    println!("{}", data.as_ref().get_slice());}

这个例子中，SelfRef 包含一个指向自身 value 字段的原始指针。通过 Pin，我们确保了对象不会被移动，从而保证指针始终有效。