Умные указатели предлагают множество преимуществ по сравнению с обычными указателями. Эта статья научит вас всему, что вам нужно знать об умных указателях в Rust.
Одним из сильных преимуществ Rust является управление памятью, особенно потому, что безопасность не нарушена.
Структура владения Rust помогает компилятору гарантировать безопасность кода и отсутствуют проблемы с памятью, такие как висячие указатели и утечка памяти.
В дополнение к обычным указателям, Rust поддерживает умные указатели с дополнительными метаданными и возможностями.
Умные указатели полезны для устранения утечек памяти.
Что такое умные указатели в Rust?
Умные указатели - это тип данных в Rust, который улучшает возможности обычных указателей с помощью дополнительных функций, таких как перегруженные операторы, деструкторы и здравомыслящее управление памятью.
Поскольку Rust использует структуры для выполнения умных указателей, можно также и управлять умными указателями.
При соединении памяти с помощью умных указателей с динамически выделенными данными память автоматически освобождается.
Умные указатели предоставляют возможности ограничения срока службы объектов Rust, что делает их полезными для устранения ошибок, таких как обособление нулевых указателей и утечки памяти, которые распространены в других низкоуровневых языках, таких как C и C++.
Преимущества использования умных указателей
Ниже приведены некоторые преимущества использования умных указателей:
- Управление памятью на автопилоте: По сравнению с ручным управлением памятью с помощью обычных указателей, интеллектуальные указатели позволяют автоматизировать управление памятью, включая выделение и освобождение.
- Много безопасности: Интеллектуальные указатели обеспечивают семантику владения, гарантируя, что только один владелец может получить доступ к ресурсам одновременно, удаляя маршруты данных и проблемы, связанные с параллелизмом.
- Гибкость: Для гибкой разработки безопасного кода, Rust допускает множество умных указателей, каждый со своим набором семантики владения.
- Управление ресурсами: Умные указатели могут использоваться для управления дополнительными активами, такими как обработчики файлов и сетевые сокеты, инкапсулируя ресурсы в умные указатели, что позволяет легко контролировать их срок службы и гарантировать, что они правильно закрыты и удалены после использования.
- Повышенная скорость: умные указатели повышают скорость, уменьшая копирование и выделение памяти. Использование умных указателей приводит к уменьшению объема памяти, что приводит к повышению производительности.
Умные указатели имеют смысл для приложений среднего и большого размера, особенно когда важно управление памятью.
Типы умных указателей
Rust поддерживает множество умных указателей, включая Box, Rc, RefCell и Mutex.
1. Box
Box - самый основной и часто используемый умный указатель Rust.
Box помогает с выделением памяти и создает штучный указатель для специальных возможностей.
Если необходимо гарантировать, что память немедленно освобождается, когда указатели находятся вне области действия, то полезен Box.
Чтобы создать и использовать указатель Box, выполните следующие действия.
// новый экземпляр box указателя
let x = Box::new(5);
println!(x)Поскольку тип Box является частью прелюдии Rust, импортировать его, в отличие от других умных указателей, не потребуется.
Rust выделяет память в куче для значения и автоматически освобождает ее, когда переменная больше не находится в области действия.
2. RC
Умный указатель RC (Reference Counted) позволяет создавать общие значения владения.
RC отслеживают количество ссылок на значение и освобождают его, когда конечная ссылка становится недействительной.
При необходимости совместного владения переменной для обеспечения доступности во многих частях программы используется RC.
Импортируйте структуру RC из стандартной библиотеки, создайте новый RC-указатель с помощью new функции, затем клонируйте переменную указателя с переменной, чтобы использовать RC указатель.
use std::rc::Rc;
fn main() {
// новый экземпляр указателя RC
let x = Rc::new(5);
let y = Rc::clone(&x);
println!("x = {}, y = {}", x, y);
}Переменная x является переменной указателя RC, а переменная y является клоном с доступом к памяти.
Число ссылок равно двум, и значение освобождается из памяти, когда переменные больше не находятся в области действия.
3. RefCell
Внутренняя изменяемость указателя RefCell позволяет неизменяемым и изменяемым ссылкам сосуществовать до тех пор, пока существует только одна изменяемая ссылка в любой момент.
При изменении данных, принадлежащих изменяемым ссылкам, используется RefCell.
Поскольку метод Refcell отсутствует в прелюдии Rust, для использования необходимо импортировать структуру из стандартной библиотеки.
use std::cell::RefCell;
fn main(){
//новый экземпляр указателя Refcell
let x = RefCell::new(5);
let y = x.borrow();
let z = x.borrow_mut();
println!("y = {}", *y);
println!("z = {}", *z);Значение сохраняется в указателе Refcell, а переменная y является неизменяемой ссылкой на значение.
Функция borrow_mut преобразует значение в изменяемую ссылку.
Если есть только одна изменяемая ссылка, программа безопасна.
4. Mutex
Взаимные исключения предлагаются через указатель Mutex.
В параллельных программах интеллектуальный указатель Mutex полезен для синхронизации доступа к значениям сразу для нескольких потоков.
Mutex использует взаимное исключение, чтобы гарантировать, что только один поток может получить доступ к значению одновременно, не допуская гонки данных.
Чтобы использовать Mutex в Rust, импортируйте структуру Mutex и создайте новый экземпляр.
use std::sync::Mutex;
fn main() {
// новый экземпляр указателя mutex
let counter = Mutex::new(0);
{
let mut num = counter.lock().unwrap();
*num += 1;
}
println!("Result: {}", *counter.lock().unwrap());
}Новый экземпляр Mutex представлен переменной counter.
Основная функция использует метод блокировки экземпляра Mutex для получения информации о блокировки Mutex.
Перед снятием блокировки и публикацией значения, блокировка обеспечивает безопасное изменение значения счетчика.
Тип Mutex позволяет одновременно использовать и изменять общие ресурсы (в данном случае переменную счетчика) только одному потоку.
Чтобы предотвратить гонку данных и другие трудности параллелизма, взаимное исключение гарантирует сериализацию параллельного доступа к общим ресурсам.
Модель владения Rust гарантирует безопасность памяти
Одним из методов безопасности и гибкости памяти Rust являются умные указатели.
С помощью средства проверки заимствования во время компиляции модель владения Rust гарантирует безопасный доступ программ к памяти.
Проверка заимствования является ключевым компонентом модели владения Rust, сохраняя строгие ограничения на доступ к памяти и изменения.