Rust 中的 pin 是什么？

在Rust中，Pin 类型是Rust的标准库中的一个概念，用于处理只能安全地通过引用来操作的对象，这类对象通常我们称之为“不可移动”（Unmovable）对象。Pin<P> 类型封装了一个指针 P，并通过这种封装提供了一个保证，即封装的数据在内存中的位置不会改变。这个保证对于异步编程和使对象不可复制或不可移动的情况非常重要。

不可移动的对象

在Rust中，大部分类型都是可移动的，意味着它们的值可以在内存中移动（例如通过赋值操作）。但是，某些情况下对象不能被移动，例如当类型内部包含了指向自身字段的指针时。如果这种类型的对象被移动，那么这些内部指针可能就会指向错误的位置，导致未定义行为。

Pin 的使用场景

Pin 最常见的应用场景之一是在异步编程中。在异步任务（Futures）中，任务可能会在多次调用中部分执行，这要求任务的数据结构在内存中的位置保持固定。通过使用 Pin，我们可以创建一个固定位置的异步任务，确保任务的运行环境在异步操作中保持一致性和稳定性。

例子

假设我们有一个包含自引用的结构体，该结构体的一个字段直接指向结构体中的另一个字段。这样的结构体就不能安全地被移动，因为移动后自引用就会指向错误的位置。

rust
use std::pin::Pin;
use std::marker::PhantomPinned;

struct SelfReferential {
    data: String,
    pointer: *const String,
    _pin: PhantomPinned, // 这个字段表示结构体不能被移动
}

impl SelfReferential {
    fn new(data: String) -> Pin<Box<SelfReferential>> {
        let res = SelfReferential {
            data,
            pointer: std::ptr::null(),
            _pin: PhantomPinned,
        };
        let boxed = Box::pin(res);
        let mut_ref: Pin<&mut SelfReferential> = boxed.as_mut();
        let pointer: *const String = &mut_ref.data;
        unsafe {
            let mut_ref = Pin::get_unchecked_mut(mut_ref);
            mut_ref.pointer = pointer;
        }
        boxed
    }
}

fn main() {
    let sr = SelfReferential::new("hello".to_string());
    let sr_ref = unsafe { &*sr.pointer };
    println!("data: {}", sr_ref);
}

在这个例子中，由于 SelfReferential 结构体包含了一个指向其内部数据的指针，所以通过 PhantomPinned 和 Pin 来确保结构体不会被移动，从而保持内部指针的有效性。通过这种方式，我们可以安全地创建和使用自引用或其他需要固定内存位置的类型。