用好Rust中的指针类型，做个指针小能手

2023-10-30 00:58:50

Rust 中的指针类型：探索引用、Box 和裸指针

在 Rust 这门现代系统编程语言中，指针是数据类型，指向内存中的特定地址。它们提供了访问和操纵内存中的数据的强大机制，而无需明确了解其物理位置。 Rust 提供了三种独特的指针类型：引用、Box 智能指针和裸指针，每种类型都针对特定的用例进行了优化。

引用：轻量级且安全的内存间接访问

引用（&） 是一种轻量级指针，它本质上是变量的别名，指向它在内存中的位置。引用与变量共享内存，因此对其进行的任何修改都会影响原始变量。

优点：

轻量级且高效
内存安全，防止悬垂指针
允许创建不可变引用，增强代码安全性

用例：

传递变量引用以避免复制开销
创建不可变变量以保证数据完整性
访问数组、切片和结构体的成员

Box 智能指针：管理堆分配的内存

Box 智能指针（Box） 用于管理在堆上分配的内存。Box 跟踪它所指向的数据的生存期，并在数据不再需要时自动释放它。

优点：

自动内存管理，防止内存泄漏
在多线程环境中安全共享数据
实现自定义内存分配器

用例：

分配和释放堆内存
在多线程程序中安全地共享数据
实现复杂的数据结构和内存管理策略

裸指针：低级访问和高风险

*裸指针（const T） 是直接指向内存地址的底层指针。与引用或 Box 不同，裸指针不提供内存安全检查，因此使用时需要格外小心。

优点：

直接访问内存，实现底层操作
实现自定义内存分配器
调用外部 C 语言库

用例：

仅在绝对必要时才使用，例如底层系统编程或硬件交互
需要直接访问内存地址的情况
实现自定义内存管理策略

Rust 中指针类型的比较

指针类型	内存分配	内存安全	优点	用例
引用（&）	栈	是	轻量级、高效、内存安全	传递变量、访问数组和结构体
Box（Box）	堆	是	自动内存管理、多线程安全、自定义内存分配	堆内存管理、数据共享
裸指针（*const T）	直接内存	否	直接内存访问、底层操作、C 库交互	极少使用，需要极高的谨慎

何时使用哪种指针类型

选择合适的指针类型取决于特定的用例和内存管理需求：

引用： 在大多数情况下是首选，因为它们轻量、高效且内存安全。
Box： 用于管理堆分配的内存，特别是需要在多线程环境中共享数据或自定义内存管理时。
裸指针： 仅在绝对必要时使用，例如直接操纵硬件或调用外部 C 代码。

代码示例

// 引用
let x = 5;
let y = &x; // y 是 x 的引用

// Box
let boxed_x = Box::new(5); // boxed_x 是一个指向堆内存的 Box

// 裸指针
let raw_ptr: *const i32 = &5; // raw_ptr 是指向常量 5 的裸指针