解读Rust的Rc<T>:实现多所有权的智能指针方式_rust

为什么需要多所有权？

通常，我们习惯于每个值只有一个所有者，这样编译器在值离开作用域时就能自动释放资源。然而，在某些数据结构中，一个节点可能会被多个其他结构同时引用——比如图结构中的节点或共享链表的一部分。

对于这种场景，如果只使用单一所有权，编译器会因为所有权转移而拒绝编译，或者你不得不引入复杂的生命周期标注来保证所有引用都是合法的。

考虑一个简单的例子：

你有一个链表 a，其中包含了数字 5 和 10；然后你希望创建另外两个链表 b 和 c，它们都共享 a 这个子链表。
如果采用 box<t> 来实现链表，由于所有权在移动时会被转移，a 无法同时被 b 和 c 拥有，从而导致编译错误。

rc<t> 的核心思想

rc<t> 通过引用计数（reference counting）来实现多所有权。其基本原理可以类比家庭中的电视机：

当第一个人进入房间观看电视时，电视就“开机”，也就是创建了一个 rc<t> 实例。
其他人进入房间时，只需要“增加引用计数”（调用 rc::clone），电视依然保持开启状态。
当某个观众离开时，引用计数会减少；只有当最后一个观众离开，引用计数降为 0 时，电视才会关闭，对应的数据也会被释放。

使用 rc<t>，我们无需明确指定哪个部分拥有数据，而是依靠引用计数保证只要还有任何部分在使用数据，这份数据就不会被清理。

使用 rc<t> 分享数据

下面是一个使用 rc<t> 的例子，这个例子演示了如何让两个链表共享同一个子链表。

我们首先定义一个链表类型，其中每个节点使用 rc<list> 来持有下一个节点的引用：

use std::rc::rc;

enum list {
    cons(i32, rc<list>),
    nil,
}

use list::{cons, nil};

fn main() {
    // 创建共享的链表 a：包含 5 和 10
    let a = rc::new(cons(5, rc::new(cons(10, rc::new(nil)))));
    
    println!("a 引用计数 = {}", rc::strong_count(&a)); // 输出 1

    // 创建链表 b，通过克隆 a 来共享其所有权
    let b = cons(3, rc::clone(&a));
    println!("a 引用计数 = {}", rc::strong_count(&a)); // 输出 2

    {
        // 在一个新的作用域中创建链表 c，同样共享 a
        let c = cons(4, rc::clone(&a));
        println!("a 引用计数 = {}", rc::strong_count(&a)); // 输出 3

        // c 离开作用域时，引用计数会自动减少
    }
    
    println!("a 引用计数 = {}", rc::strong_count(&a)); // 输出 2
}

在这个例子中，我们首先创建了一个 rc<list> 实例 a。随后，通过调用 rc::clone(&a)，将 a 的所有权分别传递给链表 b 和 c。需要注意的是，rc::clone 只是增加了引用计数，而并没有进行深拷贝，因此效率很高。

通过调用 rc::strong_count，我们可以在程序中查看引用计数的变化情况。当 c 离开作用域后，计数自动减 1，直到最后当所有引用都离开作用域时，引用计数归零，数据便会被清理掉。