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面试题:Rust解引用与所有权系统的交互

在Rust中,所有权系统是其核心特性之一。请说明解引用操作是如何与所有权系统相互作用的。例如,当对一个具有所有权的值进行解引用时,所有权会发生怎样的变化?在使用智能指针(如Box、Rc等)进行解引用时,又有哪些特殊的考量?
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编程语言Rust

知识考点

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面试题答案

一键面试
  1. 普通值解引用与所有权

    • 在Rust中,解引用操作符 * 用于获取指针指向的值。当对一个具有所有权的值进行解引用时,所有权本身不会发生变化。例如:
    let num = 5;
    let num_ref = #
    let deref_num = *num_ref;
    

    这里 num 拥有值 5 的所有权,num_ref 是指向 num 的引用,通过 *num_ref 解引用获取到值 5,但 num 的所有权仍然归 num 变量,不会因为解引用而转移。

  2. 智能指针Box解引用

    • Box 是Rust中的智能指针,用于在堆上分配数据。当对 Box 进行解引用时,也不会转移所有权。例如:
    let boxed_num = Box::new(10);
    let deref_boxed_num = *boxed_num;
    

    这里 boxed_num 拥有堆上值 10 的所有权,通过 *boxed_num 解引用获取到值 10,解引用后所有权转移到 deref_boxed_num 上。但这与普通变量不同的是,Box 会在其离开作用域时自动释放堆上的内存,而普通变量在栈上存储,其内存释放由栈的机制控制。

    • 同时,Box 实现了 Deref 特征,这使得可以像使用普通引用一样使用 Box,例如:
    let boxed_str = Box::new(String::from("hello"));
    let len = boxed_str.len(); // 这里 `boxed_str` 自动解引用,因为 `Box` 实现了 `Deref` 特征
    
  3. 智能指针Rc解引用

    • Rc(引用计数)智能指针允许多个所有者共享同一个值。当对 Rc 进行解引用时,同样不会转移所有权。例如:
    use std::rc::Rc;
    let rc_num = Rc::new(20);
    let deref_rc_num = *rc_num;
    

    这里 rc_num 是指向堆上值 20Rc 智能指针,通过 *rc_num 解引用获取到值 20,但 rc_num 仍然拥有对该值的引用(共享所有权)。

    • Rc 实现了 Deref 特征,这意味着可以像使用普通引用一样使用 Rc。例如:
    use std::rc::Rc;
    let rc_str = Rc::new(String::from("world"));
    let len = rc_str.len(); // 这里 `rc_str` 自动解引用,因为 `Rc` 实现了 `Deref` 特征
    
    • 特殊考量:由于 Rc 是基于引用计数的,每次克隆(cloneRc 时,引用计数增加;当 Rc 离开作用域,引用计数减少。当引用计数降为0时,值才会被释放。在解引用 Rc 时,要注意多个 Rc 共享值的情况,以避免内存泄漏或悬空指针问题。例如,如果一个 Rc 指向的结构体内部又包含指向该结构体自身的 Rc,可能会导致循环引用,使得引用计数永远不会为0,从而造成内存泄漏。