了解在Rust中如何使用Rc<RefCell<SomeStruct>>

Question

我正在查看一些使用的代码

Rc<RefCell<SomeStruct>>

所以我去了解Rc和RefCell之间的区别：

以下是选择Box、Rc或RefCell的原因总结：

Rc允许多个所有者拥有相同的数据；Box和RefCell只允许单个所有者。

Box允许在编译时检查不可变或可变借用；Rc仅允许在编译时检查不可变借用；

RefCell允许在运行时检查不可变或可变借用。因为RefCell允许在运行时检查可变借用，所以即使RefCell是不可变的，也可以修改RefCell内部的值。

因此，Rc确保SomeStruct可以同时被多个人访问。但是怎么访问呢？我只看到了get_mut方法，它返回一个可变引用。但是文本解释说“Rc只允许不可变借用”。

如果可以以可变和不可变的方式访问Rc的对象，那么为什么还需要RefCell呢？

- Guerlando OCs

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“Rc 只允许不可变借用” - 这句话出自哪里？它并不完全准确，所以我想进行更正。官方文档 只说明 “您通常无法获得对 Rc 内部某些东西的可变引用。” 这个描述已经适当地加上了 “通常”，所以我认为这是可以接受的。 - Sven Marnach

@SvenMarnach 这是来自这里 https://doc.rust-lang.org/book/ch15-05-interior-mutability.html - Guerlando OCs

谢谢。我不确定是否应该更新这个内容。严格来说，你并不一定只能为Rc的内部值获取共享借用，但在大多数实际情况下是这样的，所以让它更正确可能会在其他方面更加困惑。 - Sven Marnach

这个回答解决了你的问题吗？需要关于Rust中cell和引用计数类型的全面解释 - trent

Answer 1

所以，Rc 确保多个人可以同时访问 SomeStruct。但我该如何访问它呢？

通过解引用。如果您有一个类型为 Rc<...> 的变量 x，则可以使用 *x 访问内部值。在许多情况下，这是隐式发生的；例如，您可以简单地使用 x.method(...) 调用 x 上的方法。

我只看到了 get_mut 方法，它返回一个可变引用。但是文本解释说 "Rc 只允许不可变的借用"。 get_mut() 方法可能比说明 Rc 仅允许不可变借用的时间更近。此外，仅当内部值当前仅有单个所有者时，即如果您目前不需要 Rc，它才会返回可变借用。一旦存在多个所有者，get_mut() 将返回 None。

如果可以以可变和不可变的方式访问 Rc 的对象，为什么需要 RefCell 呢？RefCell 可以允许你在存在多个所有者的情况下获得可变的访问权限，即使你只持有一个共享引用到 RefCell。它会动态地在运行时检查，在任何给定时间只存在一个可变引用，并且如果您请求第二个并发的可变引用，它将 panic（或对于 try_borrow 方法返回错误）。这种功能是 Rc 所没有的。

因此，Rc 为您提供了共享所有权。内部值有多个所有者，并且引用计数确保数据保持活动状态，只要至少一个所有者仍然持有它。如果您的数据没有明确的单个所有者，则此功能非常有用。RefCell 为您提供了内部可变性，即您可以在运行时动态地借用内部值，并即使具有共享引用也可以修改它。组合 Rc<RefCell<...>> 给您两者的组合 - 具有多个所有者的值，可以被任何一个所有者可变地借用。

有关更多详细信息，请参阅 Rust 书籍中的相关章节：

• 引用计数智能指针 Rc<T>
• 可变内部值和内部可变模式 RefCell<T>

- Sven Marnach

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如果您请求第二个，它会出现错误。小问题：其实不必要，try_borrow[_mut] 已经在将近4年前添加了。 - Masklinn

我已经读了更多。RefCell 允许内部可变性。由于 RefCell 是一个结构体，我可以对其拥有多个不可变引用，但仍然可以通过借用可变来改变其内容。因此，RefCell 允许内部可变性，并且可以传递给任何人。为什么需要 Rc？我认为 Rc 是允许传递给任何人的部分。你能举个例子吗？ - Guerlando OCs

RefCell 本身只有一个所有者。即使您只有对 RefCell 的共享引用，它也允许您获取对内部值的可变引用。另一方面，Rc 允许共享所有权。指针分配在堆上，并在仍然存在任何引用时保持活动状态。这些概念彼此完全正交，并且通常互补。 - Sven Marnach

@AminBashiri 如果没有Rc或类似的智能指针，你就无法实现共享所有权。会有一个单一的所有者，一旦该所有者超出作用域，对象就会被丢弃。 - Sven Marnach

@AminBashiri 我认为阅读《Rust编程》这本书中关于所有权的章节会帮助你更好地理解这些概念。 - Sven Marnach

Answer 2

如果在可变和不可变的方式下都可以访问Rc对象，那么为什么还需要RefCell？

- Rc指针允许您拥有共享所有权。由于所有权是共享的，因此Rc指针所拥有的值是不可变的。 - RefCell智能指针表示对其持有的数据的单一所有权，类似于Box智能指针。区别在于，Box智能指针在编译时强制执行借用规则，而RefCell在运行时强制执行借用规则。

如果将它们结合起来，就可以创建一个智能指针，它可以有多个所有者，其中一些所有者可以修改值，而其他所有者则不能。在Rust中创建双向链表是一个完美的使用案例。

struct LinkedList<T>{
    head:Pointer<T>,
    tail:Pointer<T>
}

struct Node<T>{
    element:T,
    next:Pointer<T>,
    prev:Pointer<T>,
}
// we need multiple owners who can mutate the data
// it is Option because "end.next" would be None
type Pointer<T>=Option<Rc<RefCell<Node<T>>>>;

在这张图片中，“front”和“end”节点都会指向“middle”节点，它们都可以改变它。想象一下，如果你需要在“front”后面插入一个新的节点，你需要改变“front.next”。因此，在双向链表中，你需要同时具备多个所有权和可变性能力。

- Yilmaz