智能指针

指针是一个通用概念,表示包含内存地址的变量。这个地址指向或“指向”其他数据。Rust 中最常见的指针类型是引用,您在第 4 章中已经学习过。引用由 & 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,也没有任何开销。

另一方面,智能指针是像指针一样的数据结构,但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++,并且也存在于其他语言中。Rust 在标准库中定义了各种智能指针,它们提供了超出引用提供的功能。为了探索这个通用概念,我们将查看几个不同的智能指针示例,包括引用计数智能指针类型。此指针通过跟踪所有者的数量,并在没有所有者剩余时清理数据,使数据可以有多个所有者。

Rust 凭借其所有权和借用概念,在引用和智能指针之间存在另一个区别:引用仅借用数据,而在许多情况下,智能指针拥有它们指向的数据。

虽然我们当时没有这样称呼它们,但我们已经在本书中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对其进行操作。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 的额外功能。

智能指针通常使用结构体实现。与普通结构体不同,智能指针实现了 DerefDrop 特征。Deref 特征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 特征允许您自定义在智能指针实例超出范围时运行的代码。在本章中,我们将讨论这两种特征,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 中经常使用的一般设计模式,因此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>,一种支持多所有权的引用计数类型
  • 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改变内部值的 API。我们还将讨论循环引用:它们如何导致内存泄漏以及如何防止它们。

让我们开始吧!