Rust中的指针：Box、Rc、Cell、RefCell

作者&＃xff1a;许野平 2022-02-21

Rust 自身具有 &、* 操作符&＃xff0c;可以实现变量引用和解引用。为什么又搞出这几个类型的指针呢&＃xff1f;原因就是想突破 Rust 坚持的”共享不可写、可写不共享“的原则。我们看看 Rust 编译器的”道德底线“是如何被一步一步突破的吧。

1 Box 类型

我在《 Rust 的 Box指针》一文中详细讨论了 Box 的特点。看一个简单的例子&＃xff1a;

fn main() {let x &＃61; String::from("Hello!");let y &＃61; Box::new(x);println!("{:?}", y);
}


其实这段代码与下面的代码几乎是等价的&＃xff1a;

fn main() {let x &＃61; String::from("Hello!");let y &＃61; &x;println!("{:?}", y);
}


还有一段 Box 代码&＃xff0c;展示了在设计链表结构时的用法&＃xff1a;

#[derive (Debug)]
struct Node {data: i32,next: Option<Box<Node>>,
}
fn main() {let x &＃61; Node {data: 123,next: None,};let y &＃61; Box::new(x);println!("{:?}", y);
}
---------------------------------
>cargo run
Node { data: 123, next: None }

我尝试把 Box 改成 &&＃xff0c;结果因为生命周期的问题&＃xff0c;我整了老半天也没能通过编译。代码贴到下面&＃xff0c;哪位大神能给是点一下&＃xff1f;

#[derive (Debug)]
struct Node <&＃39;a>{data: i32,next: Option<&&＃39;a Node>,
}
fn main() {let x &＃61; Node {data: 123,next: None,};let y &＃61; Box::new(x);println!("{:?}", y);
}
---------------------------------
>cargo run--> src\main.rs:4:22|
4 | next: Option<&&＃39;a Node>,| ^^^^ expected named lifetime parameter|
help: consider using the &＃96;&＃39;a&＃96; lifetime


别管 & 能不能代替 Box&＃xff0c;反正这件事告诉我&＃xff0c;Box 帮助我们简化了好多工作&＃xff0c;比直接用 & 更省事。

2 Rc 类型

看下面的代码&＃xff1a;

use std::rc::Rc;
fn main() {let x &＃61; Rc::new(123);let y &＃61; x.clone();println!("{:?}, {:?}", x, y);
}
---------------------------------------------------
cargo run
123, 123


其实这个从逻辑上讲&＃xff0c;也可以用 & 代替。一个变量的地址可以分配给多个变量&＃xff0c;对不对&＃xff1f;可是 rust 中的生命周期问题&＃xff0c;够我们喝一壶的。所以&＃xff0c;Rc 的存在价值就是可以避免生命周期检查&＃xff0c;使得同一份数据可以在多个地方被引用。

3 Cell 类型

Cell 类型披着只读变量的外衣&＃xff0c;允许程序修改变量内容。尽管 Rust 有一个原则——“共享不可写&＃xff0c;可写不共享”&＃xff0c;由于 Cell 表面上看是只读的&＃xff0c;因此&＃xff0c;Cell 类型的数据可以被多个地方引用&＃xff0c;实现同一个数据可以被多个共享引用修改。因为 Cell 从语法上看是只读的&＃xff0c;所以编译器不会报错。

Cell 可以用 get 方法返回数据。由于执行的 Copy 方法&＃xff0c;因此要求数据必须实现 Copy 特性。

use std::cell::Cell;
fn main() {let x &＃61; Cell::new(123);x.set(456);let y &＃61; x.get();println!("{:?}, {:?}", x, y);
}
------------------------------------------------------
>cargo run
Cell { value: 456 }, 456


4 RefCell

RefCell 与 Cell 基本相同&＃xff0c;区别在于 RefCell 读取内容时&＃xff0c;返回的是引用&＃xff0c;本质上是一个指针。这是因为 RefCell 要包装的数据没有实现 Copy 特性。代码示例如下&＃xff1a;

use std::cell::{Ref, RefCell};
fn main() {let x &＃61; RefCell::new("good".to_string());let a &＃61; &x;let b &＃61; &x;*a.borrow_mut() &＃61; "nice".to_string();*b.borrow_mut() &＃61; "best".to_string();let y: Ref<String> &＃61; x.borrow();println!("x &＃61; {:?}", x);println!("y &＃61; {:?}", y);
}
---------------------------------------------------
>cargo run
x &＃61; RefCell { value: "best" }
y &＃61; "best"


5 总结

• Box 等引用类型&＃xff0c;简化了变量生命周期问题。
• Rc 允许 clone() 方法产生变量的多个副本&＃xff0c;但这些副本并未真正分配内存&＃xff0c;而是共享了相同的数据。
• Cell 在语法上看是只读的引用&＃xff0c;而事实上是可以修改的。Cell 原则上只能引用实现了 Copy 特性的变量。
• RefCell 与 Cell 类似&＃xff0c;但是可以引用未实现 Copy 特性的变量。