Rust 解决循环引用

循环引用

循环引用出现的一个场景就是你指向我，我指向你，导致程序崩溃

解决方式可以通过弱指针，而Rust中的弱指针就是Weak

在Rc中，可以实现，对一个变量，持有多个不可变引用，并且都拥有该变量的所有权，这种情况下就可能会发生循环引用的现象

一、现象

从代码中来，到代码中去,先上个图
在这里插入图片描述

use crate::List::{Cons, Nil};
use std::cell::RefCell;
use std::rc::Rc;

#[derive(Debug)]
enum List {
    Cons(i32, RefCell<Rc<List>>),
    Nil,
}

impl List {
    fn tail(&self) -> Option<&RefCell<Rc<List>>> {
        match self {
            Cons(_, item) => Some(item),
            Nil => None,
        }
    }
}
fn main() {
  //Cons(5, RefCell::new(Rc::new(Nil)))已经有一个拥有者a
  let a = Rc::new(Cons(5, RefCell::new(Rc::new(Nil))));

  println!("a的初始化rc计数 = {}", Rc::strong_count(&a));
  println!("a指向的节点 = {:?}", a.tail());

  // 创建`b`到`a`的引用
  //b指向的结构体Cons(10, RefCell::new(Rc::clone(&a))，结构体字段也拥有了Cons(5, RefCell::new(Rc::new(Nil))
  //对于Cons(10, RefCell::new(Rc::clone(&a)结构体，只有一个拥有者b
  let b = Rc::new(Cons(10, RefCell::new(Rc::clone(&a))));
   //所以对于Cons(5, RefCell::new(Rc::new(Nil)))已经有了两个拥有者
  println!("在b创建后，a的rc计数 = {}", Rc::strong_count(&a));//这里是2
  println!("b的初始化rc计数 = {}", Rc::strong_count(&b));//这里是1
  println!("b指向的节点 = {:?}", b.tail());

  // 利用RefCell的可变性，创建了`a`到`b`的引用
  if let Some(link) = a.tail() {
      //因为 Cons(i32, RefCell<Rc<List>>)内部定义的是RefCell,可以修改指向，指向另一个Rc
      *link.borrow_mut() = Rc::clone(&b);//指向b
  }
  //对于Cons(10, RefCell::new(Rc::clone(&a)已经有b和a结构体中的Cons字段，两个所有者
  println!("在更改a后，b的rc计数 = {}", Rc::strong_count(&b));
   //对于Cons(5, RefCell::new(Rc::clone(&b)已经有a和b结构体中的Cons字段，两个所有者
  println!("在更改a后，a的rc计数 = {}", Rc::strong_count(&a));

  // 下面一行println!将导致循环引用
  //Rc指向的对象被drop的原则是，所有拥有者已经失去所有权，如果不主动drop，就无法解开引用
  // 下面一行println!将导致循环引用
    // 我们可怜的8MB大小的main线程栈空间将被它冲垮，最终造成栈溢出，Debug特征会一直打印每个结构体的字段，所以会递归
    // println!("a next item = {:?}", a.tail());
}

二、解决

Weak 非常类似于 Rc，但是与 Rc 持有所有权不同，Weak 不持有所有权，借用的值可以在生命周期结束后正常drop掉，就不会出现循环引用了.

Weak和Rc不同的地方是:

获取一个没有所有权的引用方式是，Rc::downgrade(&)
获取借用值是upgrade()，返回的是Option<Rc> ，值存在就返回引用，不存在就返回None

use std::rc::Rc;
use std::rc::Weak;
use std::cell::RefCell;

// 主人
struct Owner {
    name: String,
    gadgets: RefCell<Vec<Weak<Gadget>>>,
}

// 工具
struct Gadget {
    id: i32,
    owner: Rc<Owner>,
}

fn main() {
    // 创建一个 Owner
    // 需要注意，该 Owner 也拥有多个 `gadgets`
    let gadget_owner : Rc<Owner> = Rc::new(
        Owner {
            name: "Gadget Man".to_string(),
            gadgets: RefCell::new(Vec::new()),
        }
    );

    // 创建工具，同时与主人进行关联：创建两个 gadget，他们分别持有 gadget_owner 的一个引用。
    let gadget1 = Rc::new(Gadget{id: 1, owner: gadget_owner.clone()});
    let gadget2 = Rc::new(Gadget{id: 2, owner: gadget_owner.clone()});

    // 为主人更新它所拥有的工具
    // 因为之前使用了 `Rc`，现在必须要使用 `Weak`，否则就会循环引用
    gadget_owner.gadgets.borrow_mut().push(Rc::downgrade(&gadget1));
    gadget_owner.gadgets.borrow_mut().push(Rc::downgrade(&gadget2));

    // 遍历 gadget_owner 的 gadgets 字段
    for gadget_opt in gadget_owner.gadgets.borrow().iter() {

        // gadget_opt 是一个 Weak<Gadget> 。 因为 weak 指针不能保证他所引用的对象
        // 仍然存在。所以我们需要显式的调用 upgrade() 来通过其返回值(Option<_>)来判
        // 断其所指向的对象是否存在。
        // 当然，Option 为 None 的时候这个引用原对象就不存在了。
        let gadget = gadget_opt.upgrade().unwrap();
        println!("Gadget {} owned by {}", gadget.id, gadget.owner.name);
    }

    // 在 main 函数的最后，gadget_owner，gadget1 和 gadget2 都被销毁。
    // 具体是，因为这几个结构体之间没有了强引用（`Rc<T>`），所以，当他们销毁的时候。
    //!!!!!!
    // 首先 gadget2 和 gadget1 被销毁。
    // 然后因为 gadget_owner 的引用数量为 0，所以这个对象可以被销毁了。
    // 循环引用问题也就避免了
}