Rust使用裸指针时出现意外segfault段错误问题咨询

我最初使用Rust实现了一个Heap（堆）结构，但运行过程中出现了奇怪的段错误，因此我将代码精简为如下可稳定复现该异常行为的最小示例：

use core::fmt::Debug;

pub struct Node<T: Ord + Debug> {
    pub value: *const T,
}

pub struct MaxHeap<T: Ord + Debug> {
    pub root: *const Node<T>,
}

impl<T: Ord + Debug> MaxHeap<T> {
    pub fn push(&mut self, value: *const T) {
        self.root = &mut Node { value: value };
    }
}

fn main() {
    let a = 124i64;
    let b = 124i64;
    let c = 1i64;

    let mut heap = MaxHeap {
        root: &mut Node { value: &a },
    };
    heap.push(&b);

    println!("{:?}", &c);
    unsafe {
        println!("{:?}", *(*heap.root).value);
    }
}

运行上述代码得到的输出结果为：

1
Segmentation fault (core dumped)

我观察到一个反常现象：如果移除打印变量c的代码，程序就不会触发段错误，且可以正确打印堆根节点的值：

124

按照我的认知，针对变量c的任何操作都不会对heap实例的状态产生影响，但实际运行结果却与预期相悖，请问我在代码编写或Rust内存机制理解上存在什么疏漏？

你的代码存在**悬空指针（野指针）**问题，属于典型的未定义行为，和变量c本身没有任何关系，段错误只是内存被复用后刚好触发的表象：

• 你在push方法里写的self.root = &mut Node { value: value };，是在push函数的栈帧上创建了一个临时的Node实例，然后把这个临时值的栈地址存到了self.root里。
• 当push函数执行结束返回时，这个临时Node所在的栈内存就会被释放、后续会被其他函数调用复用，此时self.root已经指向了无效的内存地址。
• 你移除打印c的代码时没有触发段错误，只是刚好这块被释放的栈内存还没被覆写，存的还是原来的值，属于"未定义行为碰巧跑对了"的情况，不是代码没问题。当你加了println!打印c的逻辑时，println!宏内部的函数调用会占用这块刚释放的栈空间，把原来存的Node数据覆写掉，你再去解引用这个悬空指针就会读到乱值、触发段错误。
• 同理你初始化heap时写的root: &mut Node { value: &a }也是一样的问题，这个临时Node在let mut heap = ...语句结束后就已经失效了，只是刚好内存没被覆写所以没立刻炸。

不要直接把栈上临时值的地址存到裸指针里长期持有，如果你需要让Node的生命周期和Heap绑定，要么用Box把Node分配到堆上，要么用安全的引用方式搭配生命周期标注，不要滥用unsafe和裸指针。
参考修复示例：

use core::fmt::Debug;

pub struct Node<T: Ord + Debug> {
    pub value: T,
}

pub struct MaxHeap<T: Ord + Debug> {
    pub root: Option<Box<Node<T>>>,
}

impl<T: Ord + Debug> MaxHeap<T> {
    pub fn new() -> Self {
        Self { root: None }
    }
    pub fn push(&mut self, value: T) {
        self.root = Some(Box::new(Node { value }));
    }
}

fn main() {
    let a = 124i64;
    let b = 124i64;
    let c = 1i64;

    let mut heap = MaxHeap::new();
    heap.push(a);
    heap.push(b);

    println!("{:?}", &c);
    if let Some(root) = &heap.root {
        println!("{:?}", root.value);
    }
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Валентин Стайков