Rust智慧指標——Box
摘要：
在C++11中也有智慧指標shared_ptr，unique_ptr，shared_ptr，在Rust中也有叫智慧指標的東西，今天我們來討論一下Box。現在我們要構建一個二叉樹。在Python中實現是比較簡單的：
class Tree:
def __init__(self, roo...
在C++11中也有智慧指標shared_ptr，unique_ptr，shared_ptr，在Rust中也有叫智慧指標的東西，今天我們來討論一下Box。現在我們要構建一個二叉樹。在Python中實現是比較簡單的：
class Tree: def __init__(self, root_val, left = None, right = None): self.root = root_val self.left = left self.right = right t = Tree(12, Tree(10, None, Tree(14)), Tree(16, Tree(15), Tree(22))))
最終的樹形結構：
12 /\ 1016 \/ \ 141522
現在用Rust來實現一個？
struct Tree {
root: i64,
left: Tree,
right: Tree,
}
在上一篇我們已經提到了，上面的程式碼Rust肯定不會讓我們編譯通過。已經提示我們使用&
、Box
、Rc
。他們都是指標型別，都是指向記憶體上某一個位置。
-
&在Rust裡面稱作borrow型別。只是引用記憶體上某個位置的值，並不擁有所指的值。如果我們想使用&來修復這個問題，我們需要注意一個問題就是生命週期，borrow型別生命週期取決owner的生命週期。
struct Tree<'a> {
root: i64,
left: &'a Tree<'a>,
right: &'a Tree<'a>,
}
-
Box是一種智慧指標，零執行時開銷。擁有它所指向的資料。我們為什麼稱做智慧的，是因為當執行過邊界，它將drop掉它所指向的資料然後drop本身。不需要手動管理記憶體！！！
struct Tree {
root: i64,
left: Box<Tree>,
right: Box<Tree>,
}
-
Rc是另外一種智慧指標，是reference count的簡稱。用於記錄資料結構被引用的次數。當引用的數字減小到0時，就自行清理。如果在一個執行緒，對於同一個資料有多個owner的時候，我們選用Rc。對於多執行緒，我們有Arc（atomic reference count)
struct Tree {
root: i64,
left: Rc<Tree>,
right: Rc<Tree>,
}
上面的三個方法都可以解決之前的問題，那我們該怎麼選擇呢，這取決於自己的使用場景。
Make subtrees optional
緊接著我們又面臨的問題就是無法例項化之前定義的tree結構。為什麼呢？現有的資料結構，left和right子樹都是BoxNone
,但在Rust中有Option
：
struct Tree {
root: i64,
left: Option<Box<Tree>>,
right: Option<Box<Tree>>,
}
現在我們就可以建立我們第一個tree：
Tree {
root: 12,
left: Some(Box::new(Tree {
root: 10,
left: None,
right: Some(Box::new(Tree {
root: 14,
left: None,
right: None,
})),
})),
right: Some(Box::new(Tree {
root: 16,
left: Some(Box::new(Tree {
root: 15,
left: None,
right: None,
})),
right: Some(Box::new(Tree {
root: 22,
left: None,
right: None,
})),
})),
};
現在將程式碼做一些優化：
#[derive(Default)]
struct Tree {
root: i64,
left: Option<Box<Tree>>,
right: Option<Box<Tree>>,
}
impl Tree {
fn new(root: i64) -> Tree {
Tree {
root: root,
..Default::default()
}
}
fn left(mut self, leaf: Tree) -> Self {
self.left = Some(Box::new(leaf));
self
}
fn right(mut self, leaf: Tree) -> Self {
self.right = Some(Box::new(leaf));
self
}
}
Tree::new(12) .left( Tree::new(10) .right(Tree::new(14)) ) .right( Tree::new(16) .left(Tree::new(15)) .right(Tree::new(22)) );
那為什麼在Python就能完美執行呢？Python在執行的時候為樹物件動態分配記憶體，將所有內容包裝在PyObject中，類似Rc。
遇到類似的情況我們該怎麼處理和選擇呢？我們需要了解所有可能的解決方案，如果可以，我們就遠離使用智慧指標，堅持簡單借用。如果不能，我們就選擇侵入性更小的一個。