如何交换结构体中的两个字段

Question

我已经开始学习Rust，并尝试实现一个简单的一维元胞自动机。我想将元胞自动机状态 (Board) 表示为一个结构体，其中包含大小和两个不同的向量（大小相同）。我尝试过：

struct Board {
    n: usize,
    cur:  Vec<u32>,
    next: Vec<u32>,
}

impl Board {
    fn new(size: usize) -> Board {
        Board {
            n: size,
            cur: vec![0;size],
            next: vec![0;size],
        }
    }
}

目前为止还不错。我也能够突变两个向量。但是现在我想要交换这两个向量（或者说它们的引用），例如：

fn swap(&mut self) -> &Board {
    let tmp = self.cur;
    self.cur = self.next;
    self.next = tmp;
    self
}

出现了错误：cannot move out of borrowed content [E0507]，我认为我可以理解。我还尝试了类似标题的问题中找到的mem::swap，但没有成功。

我该如何使这个示例工作？（由于我是Rust的初学者，请随时建议不同的数据表示方法）。

- paradigmatic

Answer 1

问题是什么？

您的数据中存在漏洞：

fn swap(&mut self) -> &Board {
    let tmp = self.cur;         // 1
    self.cur = self.next;       // 2
    self.next = tmp;            // 3
    self
}

如果我们逐行分析：

1. `self.cur`现在未初始化 2. `self.next`现在未初始化 3. 一切又恢复正常了

如果由于某种原因，在第三行改变之前计算被中断，那么`self`现在就被破坏了，可能会导致各种不良后果。特别是，它的解构函数可能会尝试两次释放内存。

理论上，您可以让编译器检查临时洞并无疑地证明：

- 没有函数在插入洞时访问`self` - 在作用域结束时，无论是通过正常到达还是通过展开，洞都被填充起来了

事实上，在某些情况下，这个想法被认为是可行的，但事实上它很复杂，并且有现成的解决方法。

那么答案就在于`std::mem`，它公开了以安全方式执行此类低级操作的功能。虽然这些函数本身在幕后使用`unsafe`实现，但它们依赖于对语言和运行时的理解来公开安全接口。

您将感兴趣的两个特定函数是：

- `replace`：将`dest: &mut T`的内容替换为`src: T`，并返回以前包含在`dest`后面的内容 - `swap`：交换其参数的内容

有了这两个简单而安全的基元，您可以避免在数据中插入洞。

- Matthieu M.

Answer 2

正如您所注意到的那样，mem::swap 是正确的方法：

fn swap(&mut self) -> &Board {
    std::mem::swap(&mut self.cur, &mut self.next);
    self
}

这是有效的。请注意，使用.运算符时，您正在取消引用self。因此，尽管self的类型为&mut Board，但self.cur的类型为Vec<u32>。因此编译器抱怨“移动借用的内容”，我们需要额外的&mut。

- Lukas Kalbertodt