智能指针

指针是一个通用概念，指的是包含内存地址的变量。这个地址引用或"指向"其他数据。Rust 中最常见的指针类型是引用，你在第 4 章中已经学习过。引用由 & 符号表示，并借用它们所指向的值。除了引用数据外，它们没有任何特殊功能，也没有额外开销。

另一方面，智能指针是一种数据结构，它们像指针一样工作，但还具有额外的元数据和功能。智能指针的概念并不是 Rust 独有的：智能指针起源于 C++，在其他语言中也存在。Rust 标准库中定义了多种智能指针，它们提供了超出引用所能提供的功能。为了探索这个一般概念，我们将看几个不同的智能指针例子，包括一种引用计数智能指针类型。这种指针通过跟踪所有者数量，使数据能够拥有多个所有者，并在没有所有者时清理数据。

Rust 凭借其所有权和借用概念，在引用和智能指针之间有一个额外的区别：虽然引用只借用数据，但在许多情况下，智能指针拥有它们所指向的数据。

虽然当时我们没有这样称呼它们，但我们在本文档中已经遇到了几个智能指针，包括第 8 章中的 String 和 Vec<T>。这两种类型都算作智能指针，因为它们拥有一些内存并允许你操作它。它们还具有元数据和额外的功能或保证。例如，String 将其容量存储为元数据，并具有确保其数据始终是有效 UTF-8 的额外能力。

智能指针通常使用结构体实现。与普通结构体不同，智能指针实现了 Deref 和 Drop 特性。Deref 特性允许智能指针结构体的实例表现得像引用一样，这样你就可以编写代码来处理引用或智能指针。Drop 特性允许你自定义当智能指针实例超出作用域时运行的代码。在本章中，我们将讨论这两个特性，并演示为什么它们对智能指针很重要。

鉴于智能指针模式是 Rust 中经常使用的一种通用设计模式，本章不会涵盖所有现有的智能指针。许多库都有自己的智能指针，你甚至可以编写自己的。我们将介绍标准库中最常见的智能指针：

• Box<T>，用于在堆上分配值
• Rc<T>，一种启用多重所有权的引用计数类型
• Ref<T> 和 RefMut<T>，通过 RefCell<T> 访问，这是一种在运行时而不是编译时强制执行借用规则的类型

此外，我们还将介绍内部可变性模式，其中不可变类型暴露用于修改内部值的 API。我们还将讨论引用循环：它们如何导致内存泄漏以及如何防止它们。

让我们开始吧！