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Rust中的盒子和指针 (zz)

作者：互联网

 

 

 

 

智能指针是一种数据结构，其行为类似于指针，同时提供内存管理或绑定检查等附加功能。
智能指针可跟踪其指向的内存，还可用于管理其他资源，如Fils句柄和网络连接。
智能指针最初用于C++语言。
引用也是一种指针，但除了引用数据之外，它没有其他功能。引用由&运算符表示。
智能指针提供的功能超出了参考提供的功能。智能指针提供的最常见功能是“引用计数智能指针类型”。此功能能够通过跟踪所有者来拥有多个数据所有者，如果没有所有者，则可以清除数据。
引用是仅借用数据的指针，而智能指针是拥有它们指向的数据的指针。

智能指针的类型：

 

原文出自【易百教程】，商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请保留原文链接：https://www.yiibai.com/rust/rust-smart-pointers.html

 

 

Rust中的盒子和指针 
根据Rust 0.5的tutorial整理，指针这部分内容应该不会变化了。 
(豆瓣的帖子没法排版。排版好的请参考http://corwindong.blogspot.com/2013/01/rust_7.html) 

大多数现代语言对于聚合类型（如class, struct, enum）都采用一种“uniform representation”方式表示，将这些类型缺省表示为分配在堆上的内存的指针。Rust则不同，类似于C和C++，Rust直接表示这些类型。也就是说聚合数据在Rust中是未打包的(unboxed)。这意味着当你写下let x = Point {x: 1f, y: 1f};时，你是在栈上创建了一个struct。如果你把它拷贝到一个数据结构中，你拷贝的是整个struct，而不是指针。 

对于Point这样的小型结构来说，直接拷贝要比先分配内存后再通过指针访问高效。但是对于大型结构，或者那些有可变数据域的结构，只在栈上或堆上保留一份数据，然后通过指针引用会更好一些。 

Rust支持好几种指针（三种）。安全指针@T代表分配在本地堆上的managed boxes；指针~T代表分配在交换堆上的uniquely-owned boxes；而指针&T，代表 borrowed pointers，这种指针可以指向任何内存，同时它们的生命周期由调用栈管理。 

所有的指针类型都由一元运算符* 来解除引用。 

1 Managed Boxes 
Managed Boxes是一种指针，指向堆上分配，具有GC的内存。将一元运算符@ 应用于表达式就建立了一个managed box。生成的盒子包含了表达式的结果。拷贝一个managed box，只是拷贝了指针，而不是盒子中的内容。 

let x: @int = @10; // New box 
let y = x; // Copy of a pointer to the same box 

// x and y both refer to the same allocation. When both go out of scope 
// then the allocation will be freed.  

一个managed type要么形如@T，要么是任何包含了managed boxes或者其他managed types的类型。 

// A linked list node 
struct Node { 
mut next: MaybeNode, 
mut prev: MaybeNode, 
payload: int 
} 

enum MaybeNode { 
SomeNode(@Node), 
NoNode 
} 

let node1 = @Node { next: NoNode, prev: NoNode, payload: 1 }; 
let node2 = @Node { next: NoNode, prev: NoNode, payload: 2 }; 
let node3 = @Node { next: NoNode, prev: NoNode, payload: 3 }; 

// Link the three list nodes together 
node1.next = SomeNode(node2); 
node2.prev = SomeNode(node1); 
node2.next = SomeNode(node3); 
node3.prev = SomeNode(node2); 

Managed Boxes绝不跨越task边界。 

2 Owned Boxes 
和managed boxes不同的是，owned boxes具有内存独享性，因此两个owned boxes不会指向同一内存。所有跨越全部tasks边界的owned boxes都在一个exchange heap上分配。而它们的唯一所有权特性使得tasks可以高效地交换它们。 

由于owned boxes的唯一所有特性，拷贝它们则需要分配一个新的owned box然后复制内容。然而，owned boxes默认使用moved，交换内存所有权，反初始化前一个owning变量。任何企图在变量被move后访问该变量的操作都将触发编译错误。 

let x = ~10; 
// Move x to y, deinitializing x 
let y = x; 

如果你打算拷贝owned box，你必须明确指出： 

let x = ~10; 
let y = copy x; 

let z = *x + *y; 
assert z == 20; 

当owned boxes不包含任何managed boxes时，可以发送给其他task。发送方task将交出box的所有权，发送后将再不能访问它。接收方task将成为box的唯一所有者。 

3 Borrowed Pointers 
Rust的borrowed pointers是通用的引用/指针类型，类似C++的引用类型，但是保证指向有效内存。和owned boxes不同的是，borrowed pointers从不隐含内存所有权。指针可以从任意类型借来，同时保证指针不会比它指向的值生存得更久。 

举个例子，比如一个简单的结构类型：Point 

struct Point { 
x: float, y: float 
} 

我们使用这个简单的类型来展示指针的多种分配方式。例如，在下面的代码中，三个局部变量都包含一个point，但是分配在不同的位置上。 

let on_the_stack : Point = Point {x: 3.0, y: 4.0}; 
let managed_box : @Point = @Point {x: 5.0, y: 1.0}; 
let owned_box : ~Point = ~Point {x: 7.0, y: 9.0}; 

假如我们想要写一个计算两个点距离的函数，要求不管两个点存储在什么位置都能用。例如，我们可能计算on_the_stack和managed_box之间的距离，或者managed_box和owned_box之间的距离。一种方法是定义两个参数都是Point类型的函数，该函数使用point的值。这就会造成我们调用函数时拷贝point的值。对于points而言，问题还不严重，但是一般情况下拷贝都是代价高昂的，甚至更糟的是，存在可变数据域，这些将改变程序的语意。所以我们一般定义接受指向points的指针的函数。我们使用borrowed_pointers来达成目标： 

fn compute_distance(p1: &Point, p2: &Point) -> float { 
let x_d = p1.x - p2.x; 
let y_d = p1.y - p2.y; 
sqrt(x_d * x_d + y_d * y_d) 
} 

现在我们可以以各种方式调用compute_distance()： 

compute_distance(&on_the_stack, managed_box); 
compute_distance(managed_box, owned_box); 

这里的&运算符用来取得变量on_the_stack的地址；我们称这个为borrowing局部变量on_the_stack，因为我们创建了一个别名：也就是访问同一数据的另一种方式。 

而对于像managed_box和owned_box这样的盒子，则不需要什么操作。编译器能自动将类似@point或~point这样的盒子转换为类似&point这样的borrowed pointer。这是另一种形式的borrowing；这种情况下，managed/owned box的内容被借出。 

不论一个值何时被借出，对于原始值得操作都存在一些限制。例如，如果一个变量的内容已经被借出，那么我们不能将该变量发送给别的task，也不能执行任何会使得借出的值被释放，或者类型改变的操作。请牢记这条原则：你必须等借出的值被归还后（也就是等borrowed pointer离开作用域），才能再次对它为所欲为。 

对于borrowed pointers更进一步的解释，请参考borrowed pointer tutorial。 

4 Dereferencing pointers 
Rust使用一元运算符* 来获取box或者pointer的值，这点和C类似。 

let managed = @10; 
let owned = ~20; 
let borrowed = &30; 

let sum = *managed + *owned + *borrowed; 

对可变指针解引用可以出现在赋值式的左边。这样的赋值将修改指针指向的值。 

let managed = @mut 10; 
let owned = ~mut 20; 

let mut value = 30; 
let borrowed = &mut value; 

*managed = *owned + 10; 
*owned = *borrowed + 100; 
*borrowed = *managed + 1000; 

指针相关操作符具有高优先级，但是比取数据域和调用方法的点操作优先级低。 

let start = @Point { x: 10f, y: 20f }; 
let end = ~Point { x: (*start).x + 100f, y: (*start).y + 100f }; 
let rect = &Rectangle(*start, *end); 
let area = (*rect).area(); 

为了消除上面那丑陋的星号括号，点操作符对接受者（点号的左边）自动解引用，所以大多数情况下，不需要对接受者显式解引用。 

let start = @Point { x: 10f, y: 20f }; 
let end = ~Point { x: start.x + 100f, y: start.y + 100f }; 
let rect = &Rectangle(*start, *end); 
let area = rect.area(); 

来个极端的例子，让编译器对任意重指针自动解引用： 

let point = &@~Point { x: 10f, y: 20f }; 
io::println(fmt!("%f", point.x)); 

索引操作符（[ ]）也具有自动解引用的特性。

 

标签：box,managed,Point,owned,let,zz,Rust,指针
来源： https://blog.csdn.net/chenxuanhanhao/article/details/97536853