Rust 智能指针

Rust 作为一种系统级语言,为了既能提高运行效率,又能保证数据安全,所以提供了有限的指针功能。

Rust 语言为了保证安全性,尽可能抛弃指针,也就是默认会把所有的数据都存储在 上。

如果要把数据存储在 上,就要在 上开辟内存,这时候就要使用到 指针

作为系统级的语言, Rust 提供了在 上存储数据的能力。只不过它把这些能力弱化并封装到了 Box 中。

这种把 上数据搬到 上的能力,我们称之为 装箱

Rust 语言中的某些类型,如 向量 Vector字符串对象 String 默认就是把数据存储在 上的。

Rust 语言把指针封装为以下两大 特质 trait。当一个结构体实现了下面的接口后,它们就不再是普通的结构体了。

特质名 描述
Deref std::ops::Deref 用于创建一个只读智能指针,例如 *v
Drop std::ops::Drop 智能指针超出它的作用域范围时会回调该特质的 drop() 方法类似于其它语言的 析构函数

本章节,我们就来学习 Rust 中那功能少的可怜的智能指针,准确的说是学习 Box 这个智能指针装箱器。

1. Box 指针

Box 指针也称之 装箱( box ),允许我们将数组存储在 堆 ( heap ) 上而不是 栈( stack ) 上。

但即使把数据存储在 堆 ( heap ) 上,栈( stack ) 仍然包含了指向 数据的指针。

Box 指针没有任何额外的其它开销,因为它仅仅只是把数据存储在 堆 ( heap ) 而已。

说起来很拗口,我们直接就看代码

fn main() {

   let var_i32 = 5;           // 默认数组保存在 栈 上
   let b = Box::new(var_i32); // 使用 Box 后数据会存储在堆上
   println!("b = {}", b);

}

编译运行上面的 Rust 代码,输出结果如下

b = 5

2. 访问 Box 指针存储的数据

当我们使用 Box::new() 把一个数据存储在堆上之后,为了访问存储的具体数据,我们必须 解引用

解引用 需要使用操作符 星号 *,因此 星号 * 也称之为 解引用操作符

这一点和 C++ 一样的。

下面这段代码,为了访问数据 y,我们需要使用 *y 。

fn main() {
   let x = 5;           // 值类型数据
   let y = Box::new(x); // y 是一个智能指针,指向堆上存储的数据 5 

   println!("{}",5==x);
   println!("{}",5==*y); // 为了访问 y 存储的具体数据,需要解引用
}

编译运行上面的 Rust 代码,输出结果如下

true
true

上面的代码中,因为 5 是一个基础数据类型,所以当使用 5 == x 的时候会返回 true,因为基础类型只会比较值相同与否。

而另一个变量 y,它是一个智能指针,是一个引用类型,直接使用 5 == y 会返回 false。为了访问 y 指向的具体的值,我们需要对 y 解引用。

3. Deref Trait

Deref 是由 Rust 标准库提供的一个 特质 ( trait )

实现 Deref 特质需要我们实现 deref() 方法。

deref() 方法从某些方面说用于借用 self 对象并返回一个指向内部数据的指针。

也就是说 deref() 方法返回一个指向结构体内部数据的指针。

范例

下面的代码有点长,我们的范型结构体 MyBox 实现了 Deref 特质。

我们可以通过 dedef() 方法返回的结构体实例的引用来访问 堆 heap 上的数据。

use std::ops::Deref;

struct MyBox<T>(T);

impl<T> MyBox<T> { 
   // 范型方法
   fn new(x:T)-> MyBox<T> {
      MyBox(x)
   }
}

impl<T> Deref for MyBox<T> {
   type Target = T;
   fn deref(&self) -> &T {
      &self.0 // 返回数据
   }
}

fn main() {
   let x = 5;
   let y = MyBox::new(x);  // 调用静态方法 new() 返回创建一个结构体实例

   println!("5==x is {}",5==x);
   println!("5==*y is {}",5==*y);  // 解引用 y
   println!("x==*y is {}",x==*y);  // 解引用 y
}

编译运行上面的 Rust 代码,输出结果如下

5==x is true
5==*y is true
x==*y is true

4. 删除特质 Drop Trait

Drop Trait 我将它翻译为 删除特质 ,但总感觉怪怪的。

Drop Trait 翻译的有点坑爹,因为我不知道要如何翻译才能确切的表达那个意思。

Drop Trait 只有一个方法 drop()。

当实现了 Drop Trait 的结构体在离开了它的作用域范围时会触发调用 drop() 方法。

一些其它语言中,比如 C++,智能指针每次使用完了之后都必须手动释放相关内存或资源。

而在 Rust 语言中,我们可以把释放内存和资源的操作交给 Drop trait。

具体的,我们直接看代码就好

use std::ops::Deref;

struct MyBox<T>(T);

impl<T> MyBox<T> {
   fn new(x:T)->MyBox<T>{
      MyBox(x)
   }
}

impl<T> Deref for MyBox<T> {
   type Target = T;
      fn deref(&self) -< &T {
      &self.0
   }
}

impl<T> Drop for MyBox<T>{
   fn drop(&mut self){
      println!("dropping MyBox object from memory ");
   }
}
fn main() {
   let x = 50;
   MyBox::new(x);
   MyBox::new("Hello");
}

编译运行上面的 Rust 代码,输出结果如下

dropping MyBox object from memory
dropping MyBox object from memory

输出两次结果是因为我们在 堆( heap ) 上创建了两个对象。

下一章:Rust 输入输出

Rust IO 输入输出:Rust IO 输入输出,也就是 Rust 语言如何从系统输入中读取数据,以及如何把数据写入系统输出。Rust IO 输入输出包括三部分内容:从标准输入读取数据、把数据写入标准输出、命令行参数。读取 和 写入 类型:Rust 标准库通过两个特质 ( Trait ) 来组织 IO 输入输出。Read 特质用于 读,Write 特质用于 写。