需要关于Rust的细胞和参考计数类型的整体解释

Question

Rust标准库中有几种包装类型:

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

据我了解,这些是包装器,提供了比简单参考更多的可能性.虽然我理解一些基础知识,但我看不到整体情况.

他们到底做了什么？细胞和参考计数家族是否提供正交或类似的特征？

Answer 1

Rust中有两个基本概念:

• 所有权,
• 可变性.

的各种指针类型(Box,Rc,Arc)所关心的所有权:它们允许控制是否有单个或多个所有者的单个对象.

在另一方面,各种细胞(Cell,RefCell,Mutex,RwLock,AtomicXXX)所关注的可变性.

Rust的安全性的基本规则是别名XOR Mutability.也就是说,如果没有对其内部的未完成引用,则只能安全地改变对象.

此规则通常由借用检查器在编译时强制执行:

• 如果你有一个&T,你也不能&mut T在范围内拥有同一个对象,
• 如果你有一个&mut T,你也不能在范围内对同一个对象有任何引用.

但是,有时候,这还不够灵活.有时你需要(或想要)能够对同一个对象进行多次引用然后改变它.输入单元格.

的思想Cell和RefCell是允许在可变性混叠的存在以受控的方式:

• Cell 防止形成对其内部的引用,避免悬挂引用,
• RefCell将Aliasing XOR Mutability的执行从编译时移到运行时.

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被突变.

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:没有参考内部,只是进/出,
• RwLock只是RefCell:可以通过警卫获得对内部的参考,
• Mutex是一个简化版本,RwLock它不区分只读保护和写保护; 所以在概念上类似于RefCell只有一种borrow_mut方法.

如果你来自C++背景:

• Box是的unique_ptr,
• Arc是的shared_ptr,
• Rc是一个非线程安全的版本shared_ptr.

mutable除了提供额外保证以避免混叠问题外,这些单元提供了类似的功能; 认为Cell作为std::atomic和RefCell作为非线程安全版本std::shared_mutex(其抛出,而不是锁被采取拦截).

Answer 2

感谢Matthieu的好答案,这是一个帮助人们找到所需包装的图表:

+-----------+
| Ownership |
+--+--------+                              +================+
   |                         +-Static----->| T              |(1)
   |                         |             +================+
   |                         |
   |                         |             +================+
   |          +-----------+  | Local    Val| Cell<T>        |(1)
   +-Unique-->| Borrowing +--+-Dynamic---->|----------------|
   |          +-----------+  |          Ref| RefCell<T>     |(1)
   |                         |             +================+
   |                         |
   |                         |             +================+
   |                         | Threaded    | AtomicT        |(2)
   |                         +-Dynamic---->|----------------|
   |                                       | Mutex<T>       |(1)
   |                                       | RwLock<T>      |(1)
   |                                       +================+
   |
   |
   |                                       +================+
   |                         +-No--------->| Rc<T>          |
   |                         |             +================+
   | Locally  +-----------+  |
   +-Shared-->| Mutable?  +--+             +================+
   |          +-----------+  |          Val| Rc<Cell<T>>    |
   |                         +-Yes-------->|----------------|
   |                                    Ref| Rc<RefCell<T>> |
   |                                       +================+
   |
   |
   |                                       +================+
   |                         +-No--------->| Arc<T>         |
   |                         |             +================+
   | Shared   +-----------+  |
   +-Between->| Mutable?  +--+             +================+
     Threads  +-----------+  |             | Arc<AtomicT>   |(2)
                             +-Yes-------->|----------------|
                                           | Arc<Mutex<T>>  |
                                           | Arc<RwLock<T>> |
                                           +================+

1. 在那些情况下,T可以替换为Box<T>
2. 使用AtomicT何时T是一个bool或一个数字

要知道您是否应该使用Mutex或RwLock,请参阅此相关问题.