智能指针

指针是一个通用概念,指的是一个包含内存地址的变量。这个地址指向一些其他数据。Rust 中最常见的指针类型是引用,你在第 4 章中学习过。引用用 & 符号表示,并借用它们指向的值。除了引用数据之外,它们没有任何特殊功能,也没有开销。

另一方面,智能指针是行为类似于指针的数据结构,但它们也具有额外的元数据和功能。智能指针的概念并非 Rust 独有:智能指针起源于 C++,也存在于其他语言中。Rust 的标准库中定义了各种智能指针,它们提供的功能超出了引用的范围。为了探索这个通用概念,我们将研究几个不同的智能指针示例,包括引用计数智能指针类型。这种指针使您可以通过跟踪所有者的数量来允许多个所有者拥有数据,并在没有所有者时清理数据。

Rust 凭借其所有权和借用的概念,在引用和智能指针之间还有另一个区别:虽然引用只借用数据,但在许多情况下,智能指针拥有它们指向的数据。

尽管当时我们没有这样称呼它们,但我们在这本书中已经遇到了一些智能指针,包括第 8 章中的 StringVec<T>。这两种类型都算作智能指针,因为它们拥有一些内存并允许您操作它。它们还具有元数据和额外的功能或保证。例如,String 将其容量存储为元数据,并具有确保其数据始终为有效的 UTF-8 的额外能力。

智能指针通常使用结构体来实现。与普通结构体不同,智能指针实现了 DerefDrop trait。Deref trait 允许智能指针结构体的实例表现得像引用一样,因此您可以编写代码来处理引用或智能指针。Drop trait 允许您自定义当智能指针的实例超出作用域时运行的代码。在本章中,我们将讨论这两个 trait,并演示它们为什么对智能指针很重要。

鉴于智能指针模式是在 Rust 中常用的通用设计模式,本章不会涵盖所有现有的智能指针。许多库都有自己的智能指针,您甚至可以编写自己的智能指针。我们将介绍标准库中最常见的智能指针

  • Box<T> 用于在堆上分配值
  • Rc<T>,一种引用计数类型,支持多重所有权
  • Ref<T>RefMut<T>,通过 RefCell<T> 访问,这是一种在运行时而不是编译时强制执行借用规则的类型

此外,我们将介绍内部可变性模式,其中不可变类型公开用于修改内部值的 API。我们还将讨论引用循环:它们如何导致内存泄漏以及如何防止它们。

让我们开始吧!