Умные указатели
Указатель — это общая концепция для переменной, которая содержит адрес участка памяти. Этот адрес «относится к», или «указывает на» некоторые другие данные. Наиболее общая разновидность указателя в Rust — это ссылка, о которой вы узнали из главы 4. Ссылки обозначаются символом & и заимствуют значение, на которое указывают. Они не имеют каких-либо специальных возможностей, кроме как ссылаться на данные, и не имеют никаких накладных расходов.
Умные указатели, с другой стороны, являются структурами данных, которые не только действуют как указатель, но также имеют дополнительные метаданные и возможности. Концепция умных указателей не уникальна для Rust: умные указатели возникли в C++ и существуют в других языках. В Rust есть разные умные указатели, определённые в стандартной библиотеке, которые обеспечивают функциональность, выходящую за рамки ссылок. Одним из примеров, который мы рассмотрим в этой главе, является тип умного указателя reference counting (подсчёт ссылок). Этот указатель позволяет иметь несколько владельцев с помощью отслеживания количества владельцев и, когда владельцев не остаётся, очищает данные.
Rust с его концепцией владения и заимствования имеет дополнительное различие между ссылками и умными указателями: в то время, как ссылки только заимствуют данные, умные указатели часто владеют данными, на которые указывают.
Ранее мы уже сталкивались с умными указателями в этой книге, хотя и не называли их так, например String и Vec<T> в главе 8. Оба этих типа считаются умными указателями, потому что они владеют некоторой областью памяти и позволяют ею манипулировать. У них также есть метаданные и дополнительные возможности или гарантии. String, например, хранит свой размер в виде метаданных и гарантирует, что содержимое строки всегда будет в кодировке UTF-8.
Умные указатели обычно реализуются с помощью структур. Характерной чертой, которая отличает умный указатель от обычной структуры, является то, что для умных указателей реализованы типажи Deref и Drop. Типаж Deref позволяет экземпляру умного указателя вести себя как ссылка, так что вы можете написать код, работающий с ним как со ссылкой, так и как с умным указателем. Типаж Drop позволяет написать код, который будет запускаться когда экземпляр умного указателя выйдет из области видимости. В этой главе мы обсудим оба типажа и продемонстрируем, почему они важны для умных указателей.
Учитывая, что паттерн умного указателя является общим паттерном проектирования, часто используемым в Rust, эта глава не описывает все существующие умные указатели. Множество библиотек имеют свои умные указатели, и вы также можете написать свои. Мы охватим наиболее распространённые умные указатели из стандартной библиотеки:
Box<T>для распределения значений в куче (памяти)Rc<T>тип счётчика ссылок, который допускает множественное владение- Типы
Ref<T>иRefMut<T>, доступ к которым осуществляется через типRefCell<T>, который обеспечивает правила заимствования во время выполнения вместо времени компиляции
Дополнительно мы рассмотрим паттерн внутренней изменчивости (interior mutability), где неизменяемый тип предоставляет API для изменения своего внутреннего значения. Мы также обсудим ссылочные зацикленности (reference cycles): как они могут приводить к утечке памяти и как это предотвратить.
Приступим!