面试题：Rust中RefCell类型的借用规则

Question

在Rust中，RefCell类型提供了内部可变性。请阐述RefCell类型在借用方面遵循哪些规则？与常规的Rust借用规则有何不同？并举例说明何时会因为违反这些规则而导致运行时错误。

Answer 1

RefCell类型在借用方面遵循的规则

1. 借用规则：
   • 不可变借用：可以有多个不可变借用（Ref）同时存在，类似于常规Rust不可变引用（&T）的规则。多个不可变借用允许同时读取数据。
   • 可变借用：同一时间只能有一个可变借用（RefMut），这与常规Rust可变引用（&mut T）规则类似。可变借用用于修改数据，并且独占访问。
2. 规则检查时机：
   • 常规Rust借用规则是在编译时进行检查，以确保内存安全。而RefCell类型的借用规则是在运行时进行检查。

与常规Rust借用规则的不同

1. 检查时机：常规借用规则在编译时检查，编译器会在编译阶段就指出违反借用规则的代码。RefCell类型的借用规则在运行时检查，如果运行时违反规则，会导致程序panic。
2. 灵活性与安全性权衡：使用常规借用规则，编译器可以在编译时确保内存安全，代码在编译通过后运行时不会因为借用问题导致未定义行为。而RefCell类型提供了在运行时动态检查借用的能力，在一些需要更灵活数据结构修改的场景下很有用，但牺牲了编译时的安全性检查。

违反规则导致运行时错误的示例

use std::cell::RefCell;

fn main() {
    let cell = RefCell::new(5);

    // 获取一个不可变借用
    let value1 = cell.borrow();
    // 尝试获取一个可变借用，这会在运行时panic
    let value2 = cell.borrow_mut();
    // 这里会报错，因为在不可变借用value1还存在时，尝试获取可变借用
    // 编译时不会报错，但运行时会panic: already borrowed: BorrowMutError
}

在上述代码中，在获取不可变借用value1后，又尝试获取可变借用value2，违反了RefCell类型“同一时间只能有一个可变借用”的规则，会在运行时panic。