Rust中零大小返回类型的FFI安全规则及合规实现问询

需要实现一个零大小类型族Invariant<'a>，满足以下要求：

• 类型不变地依赖生命周期'a（通过PhantomData<Cell<&'a _>>实现不变性）
• 严格FFI安全：可以安全地将返回Invariant<'a>的extern "C"函数指针转换为返回()的extern "C"函数指针（对应C端的void返回函数，无需C端存在该零大小类型）
• 禁止公开构造Invariant<'a>，仅通过类型的存在证明已执行特定操作
• 定义返回该类型的extern "C"函数时，必须通过#[deny(improper_ctypes_definitions)] lint（基于rustc 1.71.1版本）

尝试1 #

#[repr(transparent)]
pub struct Try1<'a>(PhantomData<Cell<&'a i32>>);

• 未通过improper_ctypes_definitions lint，编译器提示：类型仅由PhantomData组成

尝试2 #

#[repr(transparent)]
pub struct Try2<'a>((), PhantomData<Cell<&'a i32>>);

• 未通过lint，错误信息：此结构体仅包含零大小字段
• 原本期望#[repr(transparent)]让结构体表现等同于()，但查阅文档发现，当结构体所有字段均为零大小时，#[repr(transparent)]的行为并未明确规定

尝试3 #

#[repr(transparent)]
pub struct GenericInvariant<'a, T>(T, PhantomData<Cell<&'a i32>>);
pub type Try3<'a> = GenericInvariant<'a, ()>;

• 能够通过improper_ctypes_definitions lint，但会引入额外的公开泛型类型GenericInvariant<'a, T>，造成命名空间污染（实际仅需Try3<'a>）

尝试4 #

#[repr(transparent)]
struct GenericInvariant<'a, T>(T, PhantomData<Cell<&'a i32>>);

#[repr(transparent)]
pub struct Try4<'a>(GenericInvariant<'a, ()>);

• 未通过lint，错误信息：此结构体仅包含零大小字段，与对#[repr(transparent)]的直觉预期不符

补充测试验证 #

编写以下测试代码并使用Miri运行：

extern "C" fn f(&()) -> Invariant {
    todo!()
}

let g: extern "C" fn(&()) -> () = unsafe {
    std::mem::transmute(f as extern "C" fn(&()) -> Invariant)
};

g(&())

• Miri判定所有上述尝试的实现均会导致未定义行为

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Mark Saving