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熟悉 c++ 的肯定知道 shared_ptr, unique_ptr, 而 Rust 也有智能指针 Box, Rc, Arc, RefCell 等等，本文分享 Box 底层实现
Box
入门例子
例子来自 the rust book, 为了演示方便，去掉打印语句
- fn main() {
- let _ = Box::new(0x11223344);
- }
将变量 0x11223344 分配在堆上，所谓的装箱，java 同学肯定很熟悉。让我们挂载 docker, 使用 rust-gdb 查看汇编实现
- Dump of assembler code for function hello_cargo::main:
- 0x000055555555bdb0 <+0>: sub $0x18,%rsp
- 0x000055555555bdb4 <+4>: movl $0x11223344,0x14(%rsp)
- => 0x000055555555bdbc <+12>: mov $0x4,%esi
- 0x000055555555bdc1 <+17>: mov %rsi,%rdi
- 0x000055555555bdc4 <+20>: callq 0x55555555b5b0 <alloc::alloc::exchange_malloc>
- 0x000055555555bdc9 <+25>: mov %rax,%rcx
- 0x000055555555bdcc <+28>: mov %rcx,%rax
- 0x000055555555bdcf <+31>: movl $0x11223344,(%rcx)
- 0x000055555555bdd5 <+37>: mov %rax,0x8(%rsp)
- 0x000055555555bdda <+42>: lea 0x8(%rsp),%rdi
- 0x000055555555bddf <+47>: callq 0x55555555bd20 <core::ptr::drop_in_place<alloc::boxed::Box<i32>>>
- 0x000055555555bde4 <+52>: add $0x18,%rsp
- 0x000055555555bde8 <+56>: retq
- End of assembler dump.
关键点就两条，alloc::alloc::exchange_malloc 在堆上分配内存空间，然后将 0x11223344 存储到这个 malloc 的地址上
函数结束时，将地址传递给 core::ptr::drop_in_place 去释放，因为编译器知道类型是 alloc::boxed::Box
单纯的看这个例子，Box 并不神秘，对应汇编实现，和普通指针没区别，一切约束都是编译期行为
所有权
- fn main() {
- let x = Box::new(String::from("Rust"));
- let y = *x;
- println!("x is {}", x);
- }
这个例子中将字符串装箱，其实没必要这么写，因为 String 广义来讲本身就是一种智能指针。这个例子会报错
- 3 | let y = *x;
- | -- value moved here
- 4 | println!("x is {}", x);
- | ^ value borrowed here after move
*x 解引用后对应 String, 赋值给 y 时执行 move 语义，所有权不在了，所以后续 println 不能打印 x
- let y = &*x;
可以取字符串的不可变引用来 fix
底层实现
- pub struct Box<
- T: ?Sized,
- #[unstable(feature = "allocator_api", issue = "32838")] A: Allocator = Global,
- >(Unique<T>, A);
上面是 Box 的定义，可以看到是一个元组结构体，有两个泛型参数：T 代表任意类型，A 代表内存分配器。标准库里 A 是 Gloal 默认值。其中 T 有一个泛型约束 ?Sized, 表示在编译时可能知道类型大小，也可能不知道，当然一般都用于不知道大小的场景，很少像上文一样存储 int
- #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
- unsafe impl<#[may_dangle] T: ?Sized, A: Allocator> Drop for Box<T, A> {
- fn drop(&mut self) {
- // FIXME: Do nothing, drop is currently performed by compiler.
- }
- }
这是 Drop 实现，源码里也说了，由编译器实现
- #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
- impl<T: ?Sized, A: Allocator> Deref for Box<T, A> {
- type Target = T;
- fn deref(&self) -> &T {
- &**self
- }
- }
- #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
- impl<T: ?Sized, A: Allocator> DerefMut for Box<T, A> {
- fn deref_mut(&mut self) -> &mut T {
- &mut **self
- }
- }
实现了 Deref 可以定义解引用行为，DerefMut 可变解引用。所以 *x 对应着操作 *(x.deref())
适用场景
官网提到以下三个场景，本质上 Box 和普通指针区别不大，所以用处不如 Rc, Arc, RefCell 广
- 当类型在编译期不知道大小，但代码场景还要求确认类型大小的时候
- 当你有大量数据，需要移动所有权，而不想 copy 数据的时候
- trait 对象，或者称为 dyn 动态分发常用在一个集合中存储不同的类型上，或者参数指定不同的类型
官网有一个链表的实现
- enum List {
- Cons(i32, List),
- Nil,
- }
上面代码是无法运行的，道理也很简单，这是一种递归定义。对应 c 代码也是不行的，我们一般要给 next 类型定义成指针才行
- enum List {
- Cons(i32, Box<List>),
- Nil,
- }
- use crate::List::{Cons, Nil};
- fn main() {
- let list = Cons(1, Box::new(Cons(2, Box::new(Cons(3, Box::new(Nil))))));
- }
官网给的解决方案，就是将 next 变成了指针 Box
, 算是常识吧，没什么好说的
