Rust 数据结构之动态数组 Vec 的实战

2023-09-03 18:21:15

前言

Rust 作为一门注重内存安全和性能的系统编程语言，提供了强大的数据结构库。其中，Vec 是 Rust 中用于存储和管理动态数组的标准库数据结构。它与其他语言中内置的动态数组类似，但 Rust 的内存管理机制赋予了 Vec 独特的特性。本文将通过动手实现 Vec，带领读者深入理解 Rust 的内存管理机制和动态数组的原理。

Vec 的底层实现

Vec 的底层实现依赖于以下几个关键概念：

指针：Vec 使用指针来指向底层存储数据的内存块。
容量：Vec 的容量表示其可以容纳元素的最大数量。
长度：Vec 的长度表示当前存储的元素数量。
Drop 机制 ：Rust 的 Drop 机制确保在 Vec 不再被使用时释放其占用的内存。

动手实现 Vec

让我们动手实现一个简化的 Vec 数据结构：

struct Vec<T> {
    ptr: *mut T, // 指向底层存储数据的指针
    cap: usize, // 容量
    len: usize, // 长度
}

impl<T> Vec<T> {
    fn new() -> Self {
        Self {
            ptr: std::ptr::null_mut(), // 初始化为 null 指针
            cap: 0,
            len: 0,
        }
    }

    fn push(&mut self, val: T) {
        if self.len == self.cap {
            self.realloc();
        }
        unsafe {
            *self.ptr.offset(self.len as isize) = val;
        }
        self.len += 1;
    }

    // 省略其他方法...
}

impl<T> Drop for Vec<T> {
    fn drop(&mut self) {
        unsafe {
            std::ptr::drop_in_place(self.ptr);
        }
        std::ptr::free(self.ptr as *mut u8);
    }
}