rust - 需要关于 Rust 的单元格和引用计数类型的整体解释

Question

Rust 标准库中有几种包装器类型:

• std::cell module 中的单元格: Cell和 RefCell
• 引用计数包装器，如 Rc和 Arc .
• std::sync module 中的类型: Mutex或 AtomicBool例如

据我了解，这些包装器提供了比简单引用更多的可能性。虽然我了解一些基础知识，但我看不到全貌。

他们到底是做什么的？单元格和引用计数家族是否提供正交或相似的特征？

Answer 1

Rust 中有两个基本概念:

• 所有权，
• 可变性。

各种指针类型(Box、Rc、Arc)与所有权有关:它们允许控制单个对象是否有一个或多个所有者。

另一方面，各种单元格(Cell、RefCell、Mutex、RwLock、AtomicXXX) 与可变性有关。

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Rust 安全性的基础规则是Aliasing NAND Mutability。也就是说，只有在没有对其内部的突出引用时，才能安全地改变对象。

此规则通常在编译时由借用检查器强制执行:

• 如果你有一个&T，你不能在范围内对同一个对象也有一个&mut T，
• 如果您有一个&mut T，则您不能在范围内也有任何对同一对象的引用。

但是，有时，这不够灵活。有时你确实需要(或想要)对同一个对象有多个引用并改变它的能力。输入单元格。

Cell 和 RefCell 的想法是在存在别名的情况下允许可变性以受控方式:

• Cell 防止形成对其内部的引用，避免悬空引用，
• RefCell 将Aliasing XOR Mutability 的实现从编译时转移到运行时。

此功能有时被描述为提供内部可变性，即从外部 (&T) 看起来不可变的对象实际上可以发生变异。

当这种可变性扩展到多个线程时，您将改为使用 Mutex、RwLock 或 AtomicXXX；它们提供相同的功能:

• AtomicXXX 只是Cell:没有引用内部，只是移入/移出，
• RwLock就是RefCell:可以通过guards获取内部的引用，
• Mutex 是 RwLock 的简化版本，不区分只读保护和写保护；因此在概念上类似于只有 borrow_mut 方法的 RefCell。

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如果您有 C++ 背景:

• Box 是unique_ptr,
• Arc 是 shared_ptr,
• Rc 是 shared_ptr 的非线程安全版本。

并且单元格提供与可变类似的功能，除了额外的保证以避免别名问题；将 Cell 视为 std::atomic 并将 RefCell 视为 std::shared_mutex 的非线程安全版本(如果锁被占用，它会抛出而不是阻塞)。