Rust:智能指针Box<T>

BOX<T> 是一个用于在堆上分配内存的智能指针，提供对堆内存的所有权管理。

核心概念

1. 堆分配

   Box<T> 将数据存储在堆 Heap 而非栈 Stack 上，栈上仅存储指向堆数据的指针

2. 所有权机制

   Box<T> 拥有指向数据的所有权，当 Box 离开作用域时，会自动释放堆内存 通过 Drop trait

3. 固定大小的指针

   无论 T 的大小如何， Box<T> 本身的大小是固定（一个指针的大小） 编译器可以处理需要已知大小的场景

常见使用场景

1. 递归类型

   当类型包含自身，直接定义会导致无限大小，通过 Box<T> 固定指针大小解决

   struct ListNode {
       value: i32,
       next: Option<Box<ListNode>>,
   }
   

2. 大数据 避免栈溢出

   将大型数据，数组，集合类型存储在对上，避免栈内存不足

   let large_data = Box::new([0u8; 1_000_000]);
   

3. Trait

   当需要返回多种实现了同一个 trait 的类型时， 使用 Box<dyn Trait> 实现动态分发

   trait Animal {
       fn speak(&self);
   }
   
   struct Dog;
   impl Animal for Dog { /* ... */ }
   
   struct Cat;
   impl Animal for Cat { /* ... */ }
   
   fn get_animal(name: &str) -> Box<dyn Animal> {
       match name {
           "dog" => Box::new(Dog),
           "cat" => Box::new(Cat),
           _ => panic!("Unknown animal"),
       }
   }
   

4. 转移所有权，无需复制数据

   使用 Box<T> 转移数据所有权，避免深拷贝

   let data = Box::new(2);
   let new_owner = data;
   

5. Box<T> VS Rc<T>/Arc<T>

   Box<T> 是独占所有权，而 Rc/Arc 是引用技术共享所有权