Rust实用特性：Clone、Copy、Deref等特性深入解析

# Rust 实用特性：Clone、Copy、Deref 等特性深入解析 ## 1. Clone 特性 在 Rust 中，`Clone` 特性用于创建对象的副本。当执行 `s = t.clone();` 时，通常会克隆 `t`，丢弃 `s` 的旧值，然后将克隆的值移动到 `s` 中，这涉及一次堆分配和一次堆释放。但如果 `s` 原有的堆缓冲区有足够的容量来容纳 `t` 的内容，就无需进行分配和释放操作，只需将 `t` 的文本复制到 `s` 的缓冲区并调整长度即可。 在泛型代码中，应尽可能使用 `clone_from` 以利用可能存在的优化实现。如果你的 `Clone` 实现只是对类型的每个字段或元素应用 `clone`，然后从这些克隆值构造一个新值，并且 `clone_from` 的默认定义足够好，那么可以使用 `#[derive(Clone)]` 让 Rust 自动为你实现： ```rust #[derive(Clone)] struct MyType; ``` 标准库中大多数有意义复制的类型都实现了 `Clone` 特性，如基本类型 `bool` 和 `i32`，容器类型 `String`、`Vec<T>` 和 `HashMap` 等。但有些类型不适合复制，如 `std::sync::Mutex`，它们没有实现 `Clone` 特性。还有些类型如 `std::fs::File` 可以复制，但复制可能会因操作系统资源不足而失败，因此它们不实现 `Clone`（因为 `clone` 必须是无错误的），而是提供 `try_clone` 方法，该方法返回 `std::io::Result<File>` 以报告失败情况。 ## 2. Copy 特性 对于大多数类型，赋值操作会移动值而不是复制。但简单的不拥有任何资源的类型可以是 `Copy` 类型，赋值时会复制源值，而不是移动并使源值未初始化。 一个类型如果实现了 `std::marker::Copy` 标记特性，那么它就是 `Copy` 类型，该特性定义如下： ```rust trait Copy: Clone { } ``` 为自定义类型实现 `Copy` 很简单： ```rust impl Copy for MyType { } ``` 但由于 `Copy` 是一个对语言有特殊意义的标记特性，Rust 只允许类型在只需要浅字节逐字节复制时实现 `Copy`。拥有堆缓冲区或操作系统句柄等其他资源的类型不能实现 `Copy`。任何实现了 `Drop` 特性的类型也不能是 `Copy` 类型，因为 Rust 假定需要特殊清理代码的类型也需要特殊的复制代码。 和 `Clone` 一样，可以使用 `#[derive(Copy)]` 让 Rust 自动为你实现，通常会同时使用 `#[derive(Copy, Clone)]`。不过在将类型设为 `Copy` 之前要仔细考虑，虽然这样会使类型更易用，但会对其实现施加严格限制，隐式复制也可能代价高昂。 ## 3. Deref 和 DerefMut 特性 通过实现 `std::ops::Deref` 和 `std::ops::DerefMut` 特性，可以指定解引用运算符（如 `*` 和 `.`）在自定义类型上的行为。指针类型如 `Box<T>` 和 `Rc<T>` 实现了这些特性，以便它们能像 Rust 的内置指针类型一样工作。 这两个特性的定义如下： ```rust trait Deref { type Target: ?Sized; fn deref(&self) -> &Self::Target; } trait DerefMut: Deref { fn deref_mut(&mut self) -> &mut Self::Target; } ``` `deref` 和 `deref_mut` 方法接受 `&Self` 引用并返回 `&Self::Target` 引用。`Target` 应该是 `Self` 包含、拥有或引用的内容，例如对于 `Box<Complex>`，`Target` 类型是 `Complex`。`DerefMut` 扩展了 `Deref`，如果能解引用并修改某个值，那么也应该能借用其共享引用。 `Deref` 和 `DerefMut` 特性还用于自动类型转换。当插入 `deref` 调用可以避免类型不匹配时，Rust 会自动插入。实现 `DerefMut` 则允许对可变引用进行相应的转换，这称为解引用强制转换。 例如，对于以下 `Selector` 类型： ```rust struct Selector<T> { elements: Vec<T>, current: usize } ``` 要使其表现得像文档注释中描述的那样，需要为其实现 `Deref` 和 `DerefMut` 特性： ```rust use std::ops::{Deref, DerefMut}; impl<T> Deref for Selector<T> { type Target = T; fn deref(&self) -> &T { &self.elements[self.current] } } impl<T> DerefMut for Selector<T> { fn deref_mut(&mut self) -> &mut T { &mut self.elements[self.current] } } ``` 使用示例如下： ```rust let mut s = Selector { elements: vec!['x', 'y', 'z'], current: 2 }; assert_eq!(*s, 'z'); assert!(s.is_alphabetic() ```