【Rust中级教程】1.10. 引用及内部可变性（简单回顾）：引用、内部可变性、`Cell`类型及相关操作

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这篇文章只对所有权进行简单回顾，想要看完整的所有权系统阐述见【Rust自学】专栏的第15章的文章。

1.10.1. 引用

通过引用，Rust允许将值借用出去，但不放弃所有权。

引用就是带有附加合约的指针。Rust中一共有两种引用类型。

1. 共享的引用

共享的引用，又叫不可变的引用，Rust中写作&T，其中T指代类型。

它的特点在一可以同时（或者叫在同一作用域内）存在任意数量的引用指向同一个值。每个共享的引用都实现了Copy trait。

共享引用背后的值不可变。编译器允许假定共享引用指向的值，在该引用存货期间是不会改变的。

举个例子：一个共享引用的值在某函数内被多次读取，那编译器就有权让其只读取一次，然后重用读取的值。

2. 可变引用

与不可变引用相对的就是可变引用，在Rust中写作&mut T。

可变引用是独占的，意味着在一个作用域内只能有一个可变引用，不能出现第二个可变引用或任意数量的共享引用。所以不可变引用没有实现Copy trait。

编译器会假定没有其它线程访问可变引用所指向的类型（无论是通过共享引用还是可变引用）。

1.10.2. 拥有值 vs. 拥有到值的可变引用

所有者需要对删除值（丢弃值）负责，除此之外两者的作用基本一样。

注意：如果你移动了可变引用背后的值，则必须在其位置上留下另一个值。如果不这样做，所有者会认为它需要将其删除（丢弃），但其实却没有值可以删除了，导致未定义行为或编译错误。

看个例子：

fn main() {let mut s = String::from("Hello");let r = &mut s;let t = *r;  // 试图移动 r 所指向的值println!("{}", r);  // r 变成了悬垂引用
}

输出：

error[E0507]: cannot move out of `*r` which is behind a mutable reference

我们来梳理一下过程：

• r是 s的可变引用，而 *r的操作试图移动这个值（String类型没有实现Copy trait，意味着s会失去数据）
• 由于s仍然存在，当s作用域结束时，Rust期望可以正常释放它的内存
• 但s已经被移动走了，导致Rust不知道该如何正确释放它，从而引发编译错误

正确的做法：

fn main() {let mut s = String::from("Hello");let r = &mut s;let t = std::mem::replace(r, String::new()); // 用空字符串替换原值println!("{}", t);  // "Hello"println!("{}", s);  // ""
}

1.10.3. 内部可变性

一些类型提供了内部可变性，这些类型可以通过共享引用修改值。

这些类型通常依赖于额外的机制（如原子CPU指令）或不变量来提供安全的可变形，而不依赖于独占引用的语义。

内部可变性分为两类：

• 通过共享引用获得可变引用:Mutex、RefCell（这两者在【Rust自学】专栏的第15章的文章中都介绍过）
  这类类型提供了保障机制——如果对某个值提供了可变引用，那么同时（或者叫在同一作用域下）只会存在一个可变引用，并且没有共享引用。这种功能依赖于UnsafeCell类型，通过共享引用修改值的唯一正确方式。

• 通过共享引用可以替换值:std::sync::atomic、std::cell::Cell
  这类类型没有提供可变引用到内部的值，但是提供了就地操作值的方法——比如说替换/读取一个值。例如：无法获得到usize或i32的直接引用，但是可以读取和替换值。

1.10.4. Cell类型

Cell类型来自于标准库，它通过不变量实现内部可变性。

• Cell类型无法跨线程共享，因为内部值不会被并发地修改，即使通过共享引用发生修改
• 不会提供到Cell内部的值的引用（所以可以一直移动它）

Cell提供的方法：

• 对值整体替换（也就是所谓的就地操作）
• 返回值的副本（也就是读取）

1. set(value): 替换值

use std::cell::Cell;fn main() {let x = Cell::new(10);  // 创建一个 `Cell`，存储 10x.set(20);  // 替换内部值println!("Updated value: {}", x.get()); // 输出 20
}

• set(value)用新值替换Cell内部的值

2. get():返回值的副本

use std::cell::Cell;fn main() {let x = Cell::new(5);let y = x.get(); // 获取 `x` 内部的副本println!("Value: {}", y); // 输出 5
}

• get()不会返回内部值的引用，而是返回值的副本（适用于实现Copy trait 的类型）。
• 适用于i32、bool等实现Copy trait 的类型。