通用类型、所有权和持久数据结构

Question

TL;DR如何在引用共享底层数据的泛型类型上构建数据结构？

这个问题是关于 Rust 中的语义和良好的数据建模。下面的代码是对我的问题的（更）微不足道的提炼，以突出我的具体问题，而不是我的实际代码。

我们的目标是创建一个函数，该函数可以构建多个包含对通用类型共享数据的引用的向量。在以下示例的命名法中，我希望能够返回可以存储Struct1 和Struct2 的向量集合（由特征Trait 抽象），但是因为（在我的真实代码中） ) Struct1 和Struct2 比较大，会比较频繁地存放在比较多的地方，我宁愿存放对共享数据的引用，而不是到处复制。

我目前面临的问题（并且有很多中间版本）是：

1. 由于我要存储的数据类型是 Trait，而不是 Sized，我需要将引用存储在我的向量中
2. 由于每个结构都将被多个向量引用，因此需要& 引用
3. 从哲学上讲，给定结构没有单一的“所有者”，因此没有“正确”的位置来粘贴我的结构，因此它们不会超出build_vectors 函数的范围。
   1. 我考虑尝试通过Traits 的全局向量来解决这个问题，我可以在其中指向引用，不幸的是，上面的问题 (1) 似乎排除了该策略。

.

struct Struct1;
struct Struct2;

trait Trait { fn name(&self) -> &str; }
impl Trait for Struct1 { fn name(&self) -> &str { "Struct1" } }
impl Trait for Struct2 { fn name(&self) -> &str { "Struct2" } }

fn shallow_copy<'a>(v: &'a Vec<&'a Box<Trait>>) -> Vec<&'a Box<Trait>> {
   v.iter().map(|x|*x).collect()
}

fn build_vectors<'a>() -> (Vec<&'a Box<Trait>>, Vec<&'a Box<Trait>>) {
  let box_struct1: &Box<Trait> = &(Box::new(Struct1) as Box<Trait>);
  let box_struct2: &Box<Trait> = &(Box::new(Struct2) as Box<Trait>);

  let vec1: Vec<&Box<Trait>> = vec![box_struct1];
  let mut vec2: Vec<&Box<Trait>> = shallow_copy(&vec1);

  vec2.push(box_struct2);

  (vec1, vec2)
}

fn join_names(v: &Vec<&Box<Trait>>) -> String {
   v.iter().map(|s| s.name()).collect::<Vec<_>>().connect(" ")
}

fn main() {
  let (vec1, vec2) = build_vectors();

  println!("vec1: {}", join_names(&vec1));
  println!("vec2: {}", join_names(&vec2));
}

想要的输出是：

vec1: Struct1
vec2: Struct1 Struct2

Answer 1

这听起来像是Rc 的完美用例。 Rc 是一种引用计数类型，允许您拥有多个拥有相同值的所有者。

use std::rc::Rc;

struct Struct1;
struct Struct2;

trait Trait { fn name(&self) -> &str; }
impl Trait for Struct1 { fn name(&self) -> &str { "Struct1" } }
impl Trait for Struct2 { fn name(&self) -> &str { "Struct2" } }

fn shallow_copy<'a>(v: &[Rc<Trait + 'a>]) -> Vec<Rc<Trait + 'a>> {
   v.iter().map(|x| x.clone()).collect()
}

fn build_vectors() -> (Vec<Rc<Trait>>, Vec<Rc<Trait>>) {
  let vec1: Vec<Rc<Trait>> = vec![Rc::new(Struct1)];
  let mut vec2: Vec<Rc<Trait>> = shallow_copy(&vec1);

  vec2.push(Rc::new(Struct2));

  (vec1, vec2)
}

fn join_names<'a>(v: &[Rc<Trait + 'a>]) -> String {
   v.iter().map(|s| s.name()).collect::<Vec<_>>().connect(" ")
}

fn main() {
  let (vec1, vec2) = build_vectors();

  println!("vec1: {}", join_names(&vec1));
  println!("vec2: {}", join_names(&vec2));
}

注意shallow_copy 中的闭包使用clone() 来克隆Rc。克隆 Rc 会创建一个新的 Rc 指向相同的值（基础值未克隆），并且共享引用计数增加 1。删除 Rc 会减少引用计数，当引用计数降至零时，基础值将被丢弃。

顺便说一句，我已经更改了一些函数以获取切片引用而不是 Vec 引用，因为它使函数更通用（例如，您也可以从数组中获取切片）。

另外，我必须用生命周期来注释特征对象，因为没有注释，编译器假定'static（即Trait + 'static），这意味着“Trait 的实现不包含任何借用的指针（比 'static 短）”，这会导致生命周期错误。