与 cpp 类似，Rust 也有智能指针。Rust 中的智能指针与引用最大的不同是，智能指针 own 内存，而引用只是借用。
一般来讲，Rust 中的智能指针通过 struct 实现，并实现了 Deref 和 Drop 两个 trait。
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Deref允许智能指针表现得跟引用一样，因此代码可以在引用和智能指针上复用。 -
Drop允许自定义对象在离开作用域时的行为。
事实上，String 和 Vec<T> 类型都是智能指针。
标准库中最常见的智能指针是：
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Box<T>用于在 heap 上分配内存，类似于std::unique_ptr -
Rc<T>用于引用计数（reference counting）对象，类似于std::shared_ptr -
Ref<T>和RefMut<T>强制在运行时（而非编译时）执行借用规则
使用 Box<T> 指向堆中的数据
最简单的智能指针就是 Box<T>，它将数据存放在堆上而非栈上。除此之外，它不存在别的 overhead，当然，也不具备其余的功能。常用的场景：
- 当不能在编译时确定对象大小时（例如递归的数据结构）
- 当希望传递 ownership 并保证不产生拷贝时
- 当 own 一个只知道 trait 而不知道具体类型的值时（例如，
Box<dyn std::error::Error>）
下面的例子讲了如何创建 Box<T> 实例，以及如何使用。可以看出用法和引用没区别。
fn main() {
let num = Box::new(5);
println!("num = {}", num);
}
使用 Box<T> 的好处是让链表一类的数据结构成为可能。如果不使用智能指针，对于这类的递归数据结构，我们无法预先知道其大小，也就无法为对象分配内存。
enum List {
Cons(i32, List),
Nil,
}
以上代码中，由于 Cons 结构体包含了 List 枚举类型，而 List 可能是另一个 Cons。这导致无限的递归。
但是，智能指针的大小是固定的。因此可以用智能指针将这个定义改为：
enum List {
Cons(i32, Box<List>),
Nil,
}
自己实现 Box<T>
为了更好地理解智能指针，我们实现一个 MyBox<T> 让他拥有跟 Box<T> 类似的行为。
像 Box<T> 一样，我们用一个 tuple struct 实现：
struct MyBox<T>(T);
impl<T> MyBox<T> {
fn new(x: T) -> MyBox<T> {
MyBox(x)
}
}
自定义 Deref
如果按以下代码来使用它：
fn main() {
let x = 5;
let y = MyBox::new(x);
assert_eq!(5, x);
assert_eq!(5, *y);
}
会报错 * 操作符无法解引用。这是因为我们没有实现 Deref trait。
use std::ops::Deref;
impl<T> Deref for MyBox<T> {
type Target = T;
fn deref(&self) -> &T {
return &self.0;
}
}
Rust 将 *y 替换为 *(y.deref())，这有些类似于 cpp 中 std::unique_ptr 对 * 的重载。
Deref 的强制隐式转换
Deref 不只这么简单的解引用一个作用。
对于实现了 Deref 接口的对象，Rust 可以进行隐式转换。规则是：
一个类型为 T 的对象 foo，如果 T 实现了 Deref<Target=U>，那么，foo 的智能指针或者引用在使用时会尝试调用 deref() 直到类型匹配。
例如：
fn hello(name: &str) {
println!("Hello, {}", name)
}
fn main() {
let s = String::from("world");
let s_ptr = MyBox::new(s);
hello(&s_ptr);
}
可以看出，虽然 &s_ptr 的类型是 &MyBox<String>，在发现与 hello 函数类型不匹配时，转成了 &str。具体流程是：
-
通过
MyBox::deref()将&MyBox<String>转为了&String，类型尚未匹配。 -
通过
String::deref()（String也是智能指针类型）将&String转为了&str，类型匹配。
这种隐式转换可以让开发者降低负担，并且不会引入 overhead，因为都在编译时完成。
自定义 Drop
Drop trait 可以自定义离开作用域时变量的行为，类似于析构函数。它一般用于回收资源，例如关闭文件等。Box<T> 会回收堆上占用的内存。
我们可以为之前的结构体实现 Drop trait，这样在销毁时可以打印信息：
impl<T: Display> Drop for MyBox<T> {
fn drop(&mut self) {
println!("destroying {}", self.0);
}
}
手动调用 std::mem::drop
由于 Drop::drop 的意义是自动管理内存，Rust 不允许手动调用以避免 double free 问题。但是，标准库提供了 std::mem::drop 用于在离开作用域之前强制 drop。
由于 std::mem::drop 在 prelude 模块中，我们可以直接调用：
fn main() {
let x = 5;
let y = MyBox::new(x);
assert_eq!(5, x);
assert_eq!(5, *y);
drop(y); // manually drop y here
let s = String::from("world");
hello(&s);
}
结果是：
destroying 5
Hello, world
可以看出，程序先回收了 y 再离开作用域。而且，即使我们提前回收了 y，程序也没有因为 double free 而 crash。
使用 Rc<T> 来共享对象
Rc<T> 可以用引用计数的方式来共享对象。类似于 cpp 中的 std::shared_ptr。
例如，我们需要构造如下一个链表：
sharing ownership of a list
由于 a 链表被 b 和 c 共享，但是在 Rust 中，我们要求了每个值只有一个 owner。因此下面的代码无法编译通过：
enum List {
Cons(i32, Box<List>),
Nil,
}
use crate::List::{Cons, Nil};
fn main() {
let a = Cons(5, Box::new(Cons(10, Box::new(Nil))));
let b = Cons(3, Box::new(a)); // a is moved
let c = Cons(4, Box::new(a));
}
这时需要引入 Rc<T> 智能指针了。我们将 List 中的 Cons 类型改成持有一个 Rc<List>：
enum List {
Cons(i32, Rc<List>),
Nil,
}
此外，当我们需要共享 List 的实例时，我们调用 Rc::clone 来增加其引用计数：
use crate::List::{Cons, Nil};
use std::rc::Rc;
fn main() {
let a = Rc::new(Cons(5, Rc::new(Cons(10, Rc::new(Nil)))));
let b = Cons(3, Rc::clone(&a));
let c = Cons(4, Rc::clone(&a));
println!("reference count after sharing: a = {}", Rc::strong_count(&a));
}
Rc::clone(&a) 和普通的 a.clone() 相比，由于没有做 deep copy，只是将引用计数加1，因此非常 cheap。我们使用 Rc::strong_count(&a) 可以看到 a 链表的引用计数是3，被 a, b, c 三个变量共同持有。类似的，在 Drop trait 中定义了当变量离开作用域时，引用计数减少 1，减少到 0 则回收。
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