理解 Rust 中的智能指针
开发人员在管理堆或堆栈上的数据时可以使用传统的指针方法。 但是，使用这些指针方法也有缺点，例如当动态分配的对象没有及时进行垃圾回收时会导致内存泄漏。 好消息是存在更好的内存管理方法，可以自动处理垃圾收集而无需运行时成本，它们被称为智能指针。
Rust 是一种开源、低级、面向对象和静态类型的编程语言，具有高效的内存管理，可确保高性能和安全性。 它具有许多组织用来构建高度安全和强大的应用程序的广泛功能，包括 Web、移动、游戏和网络应用程序。
本文将让您了解什么是智能指针、它们的用例以及它们在 Rust 中的实现。 包含的代码示例将向您介绍 Rust 的各种类型的智能指针。
向前跳：
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什么是智能指针？
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智能指针如何在 Rust 中工作
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Deref特征
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Drop特征
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Rust 中的智能指针类型及其用例
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这 Rc智能指针
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这 Box智能指针
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这 RefCell智能指针
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什么是智能指针？
智能指针是 抽象数据类型 ，在编程中类似于常规 指针 （存储值的内存地址的变量），并具有析构函数和重载运算符等附加功能。 它们还包括自动内存管理，以解决内存泄漏等问题。
当开发人员将包含动态分配数据的内存与智能指针链接时，它们会被自动取消分配或清理。
一些智能指针用例包括：
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自动解除分配数据和销毁对象
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检查超出范围的数据或变量
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减少与使用常规指针相关的错误
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在取消分配数据后保持程序的效率
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跟踪程序数据/对象/变量的所有内存地址
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在程序应用程序中管理网络连接
智能指针如何在 Rust 中工作
的系统（或一组规则）实现内存管理， Rust 通过称为所有权 所有权包含在应用程序的程序中，并在程序成功编译之前由编译器进行检查，而不会导致任何停机。
通过使用 structs ，Rust 执行智能指针。 在前面提到的智能指针的附加功能中，它们还具有拥有值本身的能力。
接下来，您将了解一些有助于在 Rust 中自定义智能指针操作的特征。
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Deref特征
这 Dereftrait 用于有效的解引用，可以轻松访问存储在智能指针后面的数据。 您可以使用 Deref将智能指针视为引用的特征。
取消引用运算符意味着使用一元运算符 *作为从具有一元引用运算符的指针派生的内存地址的前缀 &标记为“参考”。 表达式可以是可变的 ( &mut) 或不可变的 ( *mut）。 在内存地址上使用解引用运算符从指针点返回值的位置。
因此， Dereftrait 只是自定义解引用操作符的行为。
下面是一个插图 Deref特征：
fn main() {
let first_data = 20;
let second_data = &first_data;
if first_data == *second_data {
println!("The values are equal");
} else {
println!("The values are not equal");
}
}
上面代码块中的函数实现了以下功能：
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存储的值 20在一个 first_data多变的
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这 second_data变量使用引用运算符 &存储的内存地址 first_data多变的
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检查的值是否的条件 first_data等于的值 second_data. 解引用运算符 *用于 second_data获取存储在指针内存地址中的值
下面的屏幕截图显示了代码的输出：
Drop特征
这 Drop特质类似于 Dereftrait 但用于解构，Rust 通过清理程序不再使用的资源自动实现。 所以 Droptrait 用于存储未使用值的指针，然后释放该值占用的内存空间。
要使用 Drop特质，你需要实现 drop()具有可变引用的方法，该引用对不再需要或超出范围的值执行销毁，定义为：
fn drop(&mut self) {};
为了更好地了解如何 Drop特质有效，请参见以下示例：
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struct Consensus {
small_town: i32
}
impl Drop for Consensus {
fn drop(&mut self) {
println!("This instance of Consensus has being dropped: {}", self.small_town);
}
}
fn main() {
let _first_instance = Consensus{small_town: 10};
let _second_instance = Consensus{small_town: 8};
println!("Created instances of Consensus");
}
The code above implements the following:
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一个包含 32 位有符号整数类型值的结构体，称为 small_town被建造
-
这 Drop特征包含 drop()具有可变引用的方法是用 impl结构上的关键字。 内的消息 println!当 main()函数超出范围（即，当 main()函数完成运行）
-
这 main()函数只是创建两个实例 Consensus并在 println!创建后显示在屏幕上
下面的屏幕截图显示了代码的输出：
Rust 中的智能指针类型及其用例
Rust 中存在几种类型的智能指针。 在本节中，您将通过代码示例了解其中一些类型及其用例。 他们包括：
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Rc
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Box
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RefCell
这 Rc智能指针
这 Rc
顾名思义，引用计数智能指针类型记录了代码中每个变量的引用数。 当引用计数返回零时，它们不再使用，智能指针将清除它们。
在以下示例中，您将创建与一个列表共享所有权的三个列表。 第一个列表将有两个值，第二个和第三个列表将第一个列表作为它们的第二个值。 这意味着最后两个列表将与第一个列表共享所有权。 您将首先包括 Rc前奏 与 use语句，这将允许您访问所有可在您的代码中使用的 RC 方法。
然后你会：
-
定义一个列表 enum关键字和 List{}
-
创建一对构造 Cons()保存引用计数值列表
-
声明另一个 use定义列表的语句
-
创建一个 main 函数来实现以下功能：
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构造一个新的引用计数列表作为第一个列表
-
通过将第一个列表的引用作为参数传递来创建第二个列表。 使用 clone()函数，它创建一个新指针，该指针指向第一个列表中的值的分配
-
通过调用 Rc::strong_count()功能
-
在您喜欢的代码编辑器中键入以下代码：
use std::rc::Rc;
enum List {
Cons(i32, Rc), Nil,
}
use List::{Cons, Nil};
fn main() {
let _first_list = Rc::new(Cons(10, Rc::new(Cons(20, Rc::new(Nil)))));
println!("The count after creating _first_list is {}", Rc::strong_count(&_first_list));
let _second_list = Cons(8, Rc::clone(&_first_list));
println!("The count after creating _second_list is {}", Rc::strong_count(&_first_list));
{
let _third_list = Cons(9, Rc::clone(&_first_list));
println!("The count after creating _third_list is {}", Rc::strong_count(&_first_list));
}
println!("The count after _third_list goes out of scope is {}", Rc::strong_count(&_first_list));
}
运行代码后，结果如下：
这 Box智能指针
在 Rust 中，数据分配通常在堆栈中完成。 但是，Rust 中的某些方法和智能指针类型使您能够在堆中分配数据。 其中一种类型是 Box智能指针 ； “
fn main() {
let stack_data = 20;
let hp_data = Box::new(stack_data); // points to the data in the heap
println!("hp_data = {}", hp_data); // output will be 20.
}
从上面的代码块中，请注意：
-
价值 stack_data存储在堆中
-
Box 智能指针 hp_data存储在堆栈中
此外，您可以通过使用前面的星号 (*) 轻松取消引用存储在堆中的数据 hp_data. 代码的输出将是：
这 RefCell智能指针
RefCell
将具有值的变量绑定到另一个变量并使用第二个变量将在 Rust 中产生错误。 Rust 中的 所有权规则 确保每个值都有一个所有者。 在绑定所有权被移动后，您不能使用绑定，因为 Rust 会为每个绑定创建一个引用，除非使用 Copy特质 。
Rust 中的借用规则需要借用所有权作为引用，您可以拥有一个/多个引用 ( &T) 到资源或一个可变引用 ( &mut T).
但是，Rust 中称为“内部可变性”的设计模式允许您使用不可变引用来改变这些数据。 RefCell
和 RefCell
此前，在 Rc
#[derive(Debug)]
enum List {
Cons(Rc>, Rc), Nil,
}
use List::{Cons, Nil};
use std::cell::RefCell;
use std::rc::Rc;
fn main() {
let data = Rc::new(RefCell::new(10));
let _first_list = Rc::new(Cons(Rc::clone(&data), Rc::new(Nil)));
let _second_list = Cons(Rc::new(RefCell::new(9)), Rc::clone(&_first_list));
let _third_list = Cons(Rc::new(RefCell::new(10)), Rc::clone(&_first_list));
*data.borrow_mut() += 20;
println!("first list after = {:?}", _first_list);
println!("second list after = {:?}", _second_list);
println!("third list after = {:?}", _third_list);
}
上面的代码实现了以下功能：
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创建 data和 Rc
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创建 _first_list共享所有权为 data
-
创建另外两个列表， _second_list和 _third_list, 与 _first_list
-
调用 borrow_mut()函数（返回 RefMut
智能指针）在数据上并使用解引用运算符 *取消引用 Rc ，从RefCell中获取内部值，并对值进行变异
请注意，如果您不包括 #[derive(Debug)]作为代码的第一行，您将遇到以下错误：
Once the code runs, the values of the first list, second list, and third list will be mutated:
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结论
您已经到了本文的结尾，在那里您了解了智能指针，包括它们的用例。 我们介绍了智能指针在 Rust 中的工作方式及其特征（ Deref特质和 Drop特征）。 您还了解了 Rust 中的一些智能指针类型和用例，包括 Rc
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