Розумні вказівники

Вказівник - загальна концепція для змінної, що містить адресу в пам'яті. Ця адреса посилається, або "вказує", на певну інформацію. Найбільш розповсюджений вид вказівника в Rust - це посилання, яке ви вивчили в Розділі 4. Посилання позначені символом & та позичають значення, на яке вказують. Вони не мають інших можливостей, крім посилання на дані, та не мають накладних витрат.

Розумні вказівники, з іншої сторони, є структурами даних що поводять себе як вказівник, але також мають додаткові метадані та можливості. Концепція розумних вказівників не унікальна для Rust: розумні вказівники виникли в C++ та також існують в інших мовах програмування. Rust має різні розумні вказівники, визначені стандартною бібліотекою, які надають додатковий функціонал, крім наданого посиланнями. Для роз'яснення основної концепції ми подивимось на різні приклади розумних вказівників, включно з типом розумних вказівників, що підраховує посилання. Цей вказівник дозволяє даним мати декілька володільців завдяки відстежуванню кількості володільців. Коли володільців не залишається, інформація буде видалена.

Оскільки Rust має власну концепцію володіння та позичання, є додаткова різниця між посиланнями та розумними вказівниками: посилання лише позичають значення, але в багатьох випадках розумні вказівники володіють значенням, на яке вказують.

Хоча ми й не називати їх так на той момент, ми вже зустрілись з деякими розумними вказівниками в цій книзі, включно зі String та Ve<T> у Розділі 8. Обидва типи вважаються розумними вказівниками, оскільки вони володіють деякою пам'яттю і дозволяють вам маніпулювати нею. Вони також мають метадані та додаткові можливості чи гарантії. String, наприклад, зберігає свою місткість як метадані та має додаткову спроможність гарантувати, що його дані будуть валідним UTF-8.

Розумні вказівники зазвичай реалізуються за допомогою структур. На відміну від звичайних структур, розумні вказівники реалізують трейти Deref та Drop. Трейт Deref дозволяє екземпляру структури розумного вказівника поводитись, як посилання, тож ви можете писати свій код, що працюватиме як із посиланнями, так і з розумними вказівниками. Трейт Drop дозволяє змінити код, що виконується при виході екземпляра розумного вказівника з області видимості. У цьому розділі буде розглянуто обидва трейта та продемонстровано, чому вони важливі для розумних вказівників.

Оскільки паттерн розумного вказівника є загальним паттерном проєктування, що часто використовується в Rust, цей розділ не розглядає усі можливі розумні вказівники. Багато бібліотек мають власні розумні вказівки, і ви навіть можете написати свої власні. Ми розглянемо найпоширеніші розумні вказівники стандартної бібліотеки:

• Box<T> для розміщення значень в heap
• Rc<T>, тип з підрахунком посилань, який уможливлює множинне володіння
• Ref<T> та RefMut<T>, accessed through RefCell<T>, тип що забезпечує виконання правил запозичення під час виконання, а не компіляції

Додатково ми розглянемо паттерн внутрішньої мутабельності, де немутабельний тип надає API для зміни внутрішнього значення. Також будуть розглянуті зациклювання посилань: як вони можуть розтратити пам'ять та як цьому запобігти.

Отже, вперед!