因此,我正在使用Rust开发一个小型NES模拟器,并且尝试使用状态寄存器。该寄存器是一个结构,其中包含一些包含布尔的字段(标志),该寄存器本身是CPU结构的一部分。现在,我想遍历这些字段并根据我执行的某些指令设置布尔值。但是,无法实现可变的迭代器,我实现了into_iter()函数,并且可以在字段中进行迭代以获取/打印布尔值,但是如何在结构本身内对这些值进行突变?这有可能吗?
pub struct StatusRegister {
CarryFlag: bool,
ZeroFlag: bool,
OverflowFlag: bool,
}
impl StatusRegister {
fn new() -> Self {
StatusRegister {
CarryFlag: true,
ZeroFlag: false,
OverflowFlag: true,
}
}
}
impl<'a> IntoIterator for &'a StatusRegister {
type Item = bool;
type IntoIter = StatusRegisterIterator<'a>;
fn into_iter(self) -> Self::IntoIter {
StatusRegisterIterator {
status: self,
index: 0,
}
}
}
pub struct StatusRegisterIterator<'a> {
status: &'a StatusRegister,
index: usize,
}
impl<'a> Iterator for StatusRegisterIterator<'a> {
type Item = bool;
fn next(&mut self) -> Option<bool> {
let result = match self.index {
0 => self.status.CarryFlag,
1 => self.status.ZeroFlag,
2 => self.status.OverflowFlag,
_ => return None,
};
self.index += 1;
Some(result)
}
}
pub struct CPU {
pub memory: [u8; 0xffff],
pub status: StatusRegister,
}
impl CPU {
pub fn new() -> CPU {
let memory = [0; 0xFFFF];
CPU {
memory,
status: StatusRegister::new(),
}
}
fn execute(&mut self) {
let mut shifter = 0b1000_0000;
for status in self.status.into_iter() {
//mute status here!
println!("{}", status);
shifter <<= 1;
}
}
}
fn main() {
let mut cpu = CPU::new();
cpu.execute();
}
通常,很难在可变引用上实现迭代器。如果迭代器两次对同一元素的引用返回两次,它将变得不合理。这意味着,如果您要用纯安全的代码编写代码,则必须以某种方式使编译器相信每个元素仅被访问一次。那只是使用索引就排除了:您总是会忘记增加索引或将其设置在某个位置,而编译器将无法对此进行推理。
一种可能的解决方法是将几个std::iter::once
s链接在一起(每个要迭代的引用一个)。
例如,
impl StatusRegister {
fn iter_mut(&mut self) -> impl Iterator<Item = &mut bool> {
use std::iter::once;
once(&mut self.CarryFlag)
.chain(once(&mut self.ZeroFlag))
.chain(once(&mut self.OverflowFlag))
}
}
优点:
缺点:
std::iter::Chain<std::iter::Chain<std::iter::Once<&mut bool>, std::iter::Once<&mut bool>>, std::iter::Once<&mut bool>>
。因此,如果不想使用impl Iterator<Item = &mut bool>
,则必须在代码中使用它。这包括实现IntoIterator
for &mut StatusRegister
,因为您必须明确指出IntoIter
类型是什么。
另一种方法是使用数组或Vec
保存所有可变引用(具有正确的生存期),然后委派给其迭代器实现以获取值。例如,
impl StatusRegister {
fn iter_mut(&mut self) -> std::vec::IntoIter<&mut bool> {
vec![
&mut self.CarryFlag,
&mut self.ZeroFlag,
&mut self.OverflowFlag,
]
.into_iter()
}
}
优点:
std::vec::IntoIter<&mut bool>
。缺点:
iter_mut
调用都需要分配。我还提到了使用数组。这样可以避免分配,但是事实证明,数组还没有实现对它们的值的迭代器,因此上面的代码用a[&mut bool; 3]
代替Vec<&mut bool>
不会起作用。但是,有一些板条箱可用于大小有限(例如arrayvec
或array_vec
)的固定长度阵列实现此功能。
优点:
缺点:
我要讨论的最后一种方法是使用unsafe
。由于与其他方法相比,它没有很多优点,因此一般而言,我不建议这样做。这主要是为了告诉你如何能实现这一点。
像您的原始代码一样,我们将Iterator
在自己的结构上实现。
impl<'a> IntoIterator for &'a mut StatusRegister {
type IntoIter = StatusRegisterIterMut<'a>;
type Item = &'a mut bool;
fn into_iter(self) -> Self::IntoIter {
StatusRegisterIterMut {
status: self,
index: 0,
}
}
}
pub struct StatusRegisterIterMut<'a> {
status: &'a mut StatusRegister,
index: usize,
}
不安全性来自于next
方法,在该方法中,我们将必须(本质上)将类型转换&mut &mut T
为&mut T
,这通常是不安全的。但是,只要我们确保next
不允许对这些可变引用使用别名,就可以了。可能还有其他一些细微的问题,所以我不能保证这是正确的。对于它的价值,MIRI对此没有发现任何问题。
impl<'a> Iterator for StatusRegisterIterMut<'a> {
type Item = &'a mut bool;
// Invariant to keep: index is 0, 1, 2 or 3
// Every call, this increments by one, capped at 3
// index should never be 0 on two different calls
// and similarly for 1 and 2.
fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
let result = unsafe {
match self.index {
// Safety: Since each of these three branches are
// executed exactly once, we hand out no more than one mutable reference
// to each part of self.status
// Since self.status is valid for 'a
// Each partial borrow is also valid for 'a
0 => &mut *(&mut self.status.CarryFlag as *mut _),
1 => &mut *(&mut self.status.ZeroFlag as *mut _),
2 => &mut *(&mut self.status.OverflowFlag as *mut _),
_ => return None
}
};
// If self.index isn't 0, 1 or 2, we'll have already returned
// So this bumps us up to 1, 2 or 3.
self.index += 1;
Some(result)
}
}
优点:
缺点:
unsafe
,您需要非常了解允许和不允许的内容。答案的这一部分花了我最长的时间来确保我没有做错什么。status
或index
字段弄乱来“安全”地导致不健全StatusRegisterIterMut
。唯一允许封装的是,在该模块之外,这些字段是不可见的。本文收集自互联网,转载请注明来源。
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