当我可以使用Cell或RefCell时，应该选择哪一个？

Question

当我可以使用Cell或RefCell时，应该选择哪一个？

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从std::cell文档中，我了解到Cell仅“与实现了Copy的类型兼容”。这意味着对于非Copy类型，我必须使用RefCell。

当我确实有一个Copy类型时，是否有一种单元格类型优于另一种？我假设答案是“是”，否则两种类型都不存在！那么，使用其中一种类型的好处和权衡是什么？

下面是一个愚蠢的编造示例，它使用Cell和RefCell来完成相同的目标：

use std::cell::{Cell,RefCell};

struct ThingWithCell {
    counter: Cell<u8>,
}

impl ThingWithCell {
    fn new() -> ThingWithCell {
        ThingWithCell { counter: Cell::new(0) }
    }

    fn increment(&self) {
        self.counter.set(self.counter.get() + 1);
    }

    fn count(&self) -> u8 { self.counter.get() }
}

struct ThingWithRefCell {
    counter: RefCell<u8>,
}

impl ThingWithRefCell {
    fn new() -> ThingWithRefCell {
        ThingWithRefCell { counter: RefCell::new(0) }
    }

    fn increment(&self) {
        let mut counter = self.counter.borrow_mut();
        *counter = *counter + 1;
    }

    fn count(&self) -> u8 { *self.counter.borrow_mut() }
}


fn main() {
    let cell = ThingWithCell::new();
    cell.increment();
    println!("{}", cell.count());

    let cell = ThingWithRefCell::new();
    cell.increment();
    println!("{}", cell.count());
}

- Shepmaster

3个回答

43

TL; DR: Cell适合需要频繁更改inner value的情况，RefCell则适合需要更灵活内部可变性的情况。

- Boiethios

32

如果可以的话，您应该使用Cell。

Cell根本不使用运行时检查。它所做的只是封装，禁止别名，并告诉编译器它是一个内部可变槽。在大多数情况下，它应该编译成与没有cell包装的类型完全相同的代码。

相比之下，RefCell使用简单的使用计数器来检查借用与可变借用，在运行时进行检查，如果您违反了可变借用的排他性，这个检查可能会导致运行时崩溃。可能的崩溃可能会影响优化。

至少还有一个区别。 Cell永远不会让您获得指向存储值本身的指针。因此，如果您需要这个，那么RefCell是唯一的选择。

- bluss

1

我在哪里可以了解更多关于它如何禁止别名的信息？它能否使用此功能将其声明为“noalias”？https://github.com/rust-lang/rust/issues/31681似乎暗示了与`&mut`指针相关的功能。但是，任何`unsafe`块都可能存在别名吗？如果我编写一个`unsafe`块，那么我是否需要确保不创建别名引用或解引用任何地方存在别名的`Cell`？ - Brian Cain

4

它如何防止别名问题：它不允许你获取对“单元格（Cell）”中值的引用（因此根本没有指针）。最后一个问题很容易回答：是的，这取决于你自己。不安全块是一种显式的“信任程序员”的逃生口子。正如谚语所说，“unsafe”块不是用来破坏Rust的不变量的，而是要手动维护它们。 - bluss

1

这个问题只是我自己的感觉还是unsafe块的这个特定方面确实非常微妙？ - Brian Cain

1

避免unsafe的许多原因。你要承担责任，另一个很好的理由是尚未完成对不安全代码块的要求规范化工作！这是一种信任程序员模式，在我们通常希望编译器检查我们工作的语言中。 - bluss

1

请注意，通常会通过一个指针进行写入，同时假定另一个指针不会更改指向的对象来推理别名。仅有指针相等性而没有任何写入操作并不是我们所考虑的。 - bluss

@bluss "至少还有一个区别。Cell 永远不会让你获取存储值本身的指针。因此，如果你需要这个，RefCell 是唯一的选择。"我认为这并不严格正确：Cell 上有一个 get_mut 方法，它返回一个 &mut T，但这取决于 Cell 本身是可变的，而这通常不是情况。RefCell 的文档强调了这一点，而 Cell 的文档没有。 - Eosis

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可以查看英文原文，
原文链接

- Levans · Accepted Answer

我认为考虑Cell和RefCell之间的其他语义差异很重要：

Cell 提供值，而 RefCell 提供引用。
Cell 从不发生恐慌，RefCell 可能会导致恐慌。

让我们想象一种这些差异很重要的情况：

let cell = Cell::new(foo);
{
    let mut value = cell.get();
    // do some heavy processing on value
    cell.set(value);
}

在这种情况下，如果我们想象一些具有许多回调的复杂工作流程，并且cell是全局状态的一部分，那么"重型处理"的副作用可能会修改cell的内容，并且这些潜在的更改将在将value写回cell时丢失。

另一方面，使用RefCell的类似代码：

let cell = RefCell::new(foo);
{
    let mut_ref = cell.borrow_mut().unwrap();
    // do some heavy processing on mut_ref
}

在这种情况下，“重度处理”的任何对cell的修改都是被禁止的，否则将导致恐慌。因此，您可以确定在不使用mut_ref的情况下，cell的值不会改变。

我会根据它所持有的语义来决定使用哪一个，而不仅仅是Copy特质。如果两个都可以接受，则Cell比其他方式更轻便和安全，因此更可取。