智能指针¶

智能指针是拥有额外语义的类型：它们可管理堆分配、引用计数、内部可变性或自定义清理。所有权模型仍然有效；智能指针不是绕过借用检查的通用工具。

`Box<T>`¶

Box<T> 在堆上拥有一个值，适合递归类型、大对象转移和 trait object。

enum List {
    Node(i32, Box<List>),
    End,
}

fn main() {
    let list = List::Node(1, Box::new(List::Node(2, Box::new(List::End))));
    if let List::Node(value, _) = list {
        println!("{value}");
    }
}

Box 本身通常只有一个指针大小，但堆分配有成本。不要仅为“看起来像对象”而装箱小值。

`Deref` 与自动解引用¶

Deref 让智能指针表现得像目标类型的引用，函数调用时可发生 deref coercion。

use std::ops::Deref;
struct Name(String);
impl Deref for Name {
    type Target = str;
    fn deref(&self) -> &str { &self.0 }
}
fn print_name(name: &str) { println!("{name}"); }
fn main() {
    let name = Name(String::from("Ferris"));
    print_name(&name);
}

自定义 Deref 应表达自然的智能指针关系，不要用它模拟继承或隐藏昂贵、可能失败的操作。

`Drop`¶

Drop::drop 在值离开作用域时执行清理。不能直接调用 value.drop()；需要提前释放时使用 std::mem::drop(value)。析构不能返回错误，因此需要报告失败的资源应提供显式 close 或 flush 方法，并把 Drop 作为最后保障。

`Rc<T>`、`Arc<T>` 与 `Weak<T>`¶

Rc 是单线程引用计数，Arc 是原子引用计数并可跨线程共享。二者默认只提供共享不可变访问，克隆只增加计数，不会深拷贝内部值。

use std::rc::{Rc, Weak};
struct Node {
    name: String,
    parent: Weak<Node>,
}
fn main() {
    let root = Rc::new(Node { name: "root".into(), parent: Weak::new() });
    let child = Rc::new(Node {
        name: "child".into(),
        parent: Rc::downgrade(&root),
    });
    if let Some(parent) = child.parent.upgrade() {
        println!("{} -> {}", child.name, parent.name);
    }
}

Weak 不拥有目标，upgrade() 返回 Option<Rc<T>>。父节点、缓存和观察者等非拥有关系应使用 Weak，以打破强引用环。

引用环¶

若 A 和 B 通过 Rc 强引用彼此，即使外部引用都释放，强计数也不会归零，Drop 不会运行。 Rust 的内存安全并不等于绝不泄漏。设计对象图时应明确拥有边方向，并用 Weak 表达反向边。

`RefCell<T>` 与内部可变性¶

RefCell 把借用规则推迟到运行时，适合单线程中外部只持有共享引用但内部确实需要修改的场景。

use std::cell::RefCell;
use std::rc::Rc;
fn main() {
    let values = Rc::new(RefCell::new(vec![1, 2]));
    Rc::clone(&values).borrow_mut().push(3);
    println!("{:?}", values.borrow());
}

同时存在冲突的 borrow() 和 borrow_mut() 会 panic。应缩短借用守卫的生命周期；需要自行处理冲突时使用 try_borrow。RefCell 不是线程安全的，跨线程共享可变状态通常使用 Arc<Mutex<T>> 或 Arc<RwLock<T>>。

选型与注意事项¶

唯一所有权默认用普通值，确需堆间接层时用 Box。
单线程共享所有权用 Rc，跨线程共享所有权用 Arc，但先判断能否避免共享。
Rc<RefCell<T>> 灵活却容易形成运行时借用失败和复杂对象图，不应成为默认架构。
Arc<T> 并不会让任意 T 自动线程安全，跨线程使用仍要求相应的 Send、Sync 条件。
不要依赖引用计数精确值实现业务协议；临时克隆和弱引用升级都会影响观察结果。

延伸阅读：并发编程、面向对象思想、文件与 I/O。

智能指针¶

Box<T>¶

Deref 与自动解引用¶

Drop¶

Rc<T>、Arc<T> 与 Weak<T>¶