Con trỏ thông minh: Box và Rc

con trỏ thông minh là cấu trúc dữ liệu hoạt động giống như một con trỏ nhưng có siêu dữ liệu và các khả năng bổ sung (chẳng hạn như tính tham chiếu hoặc quản lý bộ nhớ tự động).

Trong Rust, các tham chiếu thông thường (như &) chỉ mượn dữ liệu. Mặt khác, con trỏ thông minh thường sở hữu dữ liệu mà chúng trỏ tới. Các ví dụ phổ biến bao gồm String và Vec<T>, nhưng thư viện chuẩn cung cấp các thư viện chuyên biệt khác.

Box<T> để phân bổ vùng heap

Con trỏ thông minh đơn giản nhất là Box<T>, lưu trữ dữ liệu trên heap thay vì ngăn xếp. Chỉ còn lại con trỏ tới dữ liệu được cấp phát heap trên ngăn xếp.

Nó chủ yếu được sử dụng trong các trường hợp sau:

1. Khi bạn có một loại có kích thước không thể xác định được tại thời điểm biên dịch (như loại đệ quy) và bạn muốn sử dụng giá trị của loại đó trong ngữ cảnh yêu cầu kích thước chính xác.
2. Khi bạn muốn chuyển quyền sở hữu một lượng lớn dữ liệu mà không cần sao chép.

Ví dụ cơ bản:

fn main() {
    let b = Box::new(5); // allocates the value 5 on the heap
    println!("b = {}", *b); // dereferences with * to read the value
}

Danh sách các loại đệ quy và nhược điểm

Kiểu đệ quy là kiểu có thể chứa giá trị của chính nó như một phần trong định nghĩa của nó. Rust phải biết kích thước chính xác của một loại tại thời điểm biên dịch. Vì độ sâu của kiểu đệ quy có thể là vô hạn nên trình biên dịch sẽ tạo ra lỗi trừ khi bạn sử dụng Hộp (có kích thước cố định vì nó là con trỏ):

enum List {
    Cons(i32, Box<List>),
    Nil,
}

Rc<T>: Đếm tham chiếu

Có những trường hợp một giá trị có thể có nhiều chủ sở hữu. Con trỏ thông minh Rc<T> (Đếm tham chiếu) theo dõi số lượng tham chiếu đến một giá trị để xác định xem giá trị đó có còn được sử dụng hay không. Nếu số lượng giảm xuống 0, tài nguyên sẽ được giải phóng an toàn.

[!LƯU Ý] Rc<T> chỉ phù hợp với các trường hợp đơn luồng. Đối với các kịch bản đa luồng (đồng thời), bạn phải sử dụng Arc<T> (Đã tính tham chiếu nguyên tử).

use std::rc::Rc;

fn main() {
    let a = Rc::new(5);
    let b = Rc::clone(&a); // increments the reference count to 2
    println!("References: {}", Rc::strong_count(&a));
}

Hãy tự mình thử

Bài tập 1: Phân bổ heap với Box

Bài tập 2: Cấu trúc dữ liệu đệ quy (Danh sách nhược điểm)

Bài 3: Chia sẻ quyền sở hữu với Rc