几种智能指针 - Rc, Arc
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2023-12-01
Rust 建立在所有权之上的这一套机制,它要求一个资源同一时刻有且只能有一个拥有所有权的绑定或 &mut
引用,这在大部分的情况下保证了内存的安全。但是这样的设计是相当严格的,在另外一些情况下,它限制了程序的书写,无法实现某些功能。因此,Rust 在 std 库中提供了额外的措施来补充所有权机制,以应对更广泛的场景。
默认 Rust 中,对一个资源,同一时刻,有且只有一个所有权拥有者。Rc
和 Arc
使用引用计数的方法,让程序在同一时刻,实现同一资源的多个所有权拥有者,多个拥有者共享资源。
Rc
Rc
用于同一线程内部,通过 use std::rc::Rc
来引入。它有以下几个特点:
- 用
Rc
包装起来的类型对象,是immutable
的,即 不可变的。即你无法修改Rc<T>
中的T
对象,只能读; - 一旦最后一个拥有者消失,则资源会被自动回收,这个生命周期是在编译期就确定下来的;
Rc
只能用于同一线程内部,不能用于线程之间的对象共享(不能跨线程传递);Rc
实际上是一个指针,它不影响包裹对象的方法调用形式(即不存在先解开包裹再调用值这一说)。
例子:
use std::rc::Rc;
let five = Rc::new(5);
let five2 = five.clone();
let five3 = five.clone();
Rc Weak
Weak
通过 use std::rc::Weak
来引入。
Rc
是一个引用计数指针,而 Weak
是一个指针,但不增加引用计数,是 Rc
的 weak 版。它有以下几个特点:
- 可访问,但不拥有。不增加引用计数,因此,不会对资源回收管理造成影响;
- 可由
Rc<T>
调用downgrade
方法而转换成Weak<T>
; Weak<T>
可以使用upgrade
方法转换成Option<Rc<T>>
,如果资源已经被释放,则 Option 值为None
;- 常用于解决循环引用的问题。
例子:
use std::rc::Rc;
let five = Rc::new(5);
let weak_five = Rc::downgrade(&five);
let strong_five: Option<Rc<_>> = weak_five.upgrade();
Arc
Arc
是原子引用计数,是 Rc
的多线程版本。Arc
通过 std::sync::Arc
引入。
它的特点:
Arc
可跨线程传递,用于跨线程共享一个对象;- 用
Arc
包裹起来的类型对象,对可变性没有要求; - 一旦最后一个拥有者消失,则资源会被自动回收,这个生命周期是在编译期就确定下来的;
Arc
实际上是一个指针,它不影响包裹对象的方法调用形式(即不存在先解开包裹再调用值这一说);Arc
对于多线程的共享状态几乎是必须的(减少复制,提高性能)。
示例:
use std::sync::Arc;
use std::thread;
fn main() {
let numbers: Vec<_> = (0..100u32).collect();
let shared_numbers = Arc::new(numbers);
for _ in 0..10 {
let child_numbers = shared_numbers.clone();
thread::spawn(move || {
let local_numbers = &child_numbers[..];
// Work with the local numbers
});
}
}
Arc Weak
与 Rc
类似,Arc
也有一个对应的 Weak
类型,从 std::sync::Weak
引入。
意义与用法与 Rc Weak
基本一致,不同的点是这是多线程的版本。故不再赘述。
一个例子
下面这个例子,表述的是如何实现多个对象同时引用另外一个对象。
use std::rc::Rc;
struct Owner {
name: String
}
struct Gadget {
id: i32,
owner: Rc<Owner>
}
fn main() {
// Create a reference counted Owner.
let gadget_owner : Rc<Owner> = Rc::new(
Owner { name: String::from("Gadget Man") }
);
// Create Gadgets belonging to gadget_owner. To increment the reference
// count we clone the `Rc<T>` object.
let gadget1 = Gadget { id: 1, owner: gadget_owner.clone() };
let gadget2 = Gadget { id: 2, owner: gadget_owner.clone() };
drop(gadget_owner);
// Despite dropping gadget_owner, we're still able to print out the name
// of the Owner of the Gadgets. This is because we've only dropped the
// reference count object, not the Owner it wraps. As long as there are
// other `Rc<T>` objects pointing at the same Owner, it will remain
// allocated. Notice that the `Rc<T>` wrapper around Gadget.owner gets
// automatically dereferenced for us.
println!("Gadget {} owned by {}", gadget1.id, gadget1.owner.name);
println!("Gadget {} owned by {}", gadget2.id, gadget2.owner.name);
// At the end of the method, gadget1 and gadget2 get destroyed, and with
// them the last counted references to our Owner. Gadget Man now gets
// destroyed as well.
}