面试题：Rust内部可变性之Cell与RefCell的应用场景区别

Question

在Rust中，Cell和RefCell都提供了内部可变性。请阐述它们各自的应用场景，并举例说明在哪些情况下会优先选择Cell，哪些情况下会优先选择RefCell。

Answer 1

Cell应用场景

1. 简单数据类型的内部可变性：当处理简单的Copy类型（如u32、bool等），并且不需要借用检查来确保安全的可变访问时，Cell非常适用。它允许在不可变引用下修改数据。
2. 结构体内部状态更新：在结构体中，如果希望在不改变结构体整体可变性的情况下，更新内部的简单成员变量，Cell是个不错的选择。

示例：

use std::cell::Cell;

struct Counter {
    count: Cell<u32>,
}

impl Counter {
    fn increment(&self) {
        let new_count = self.count.get() + 1;
        self.count.set(new_count);
    }

    fn get_count(&self) -> u32 {
        self.count.get()
    }
}

fn main() {
    let counter = Counter { count: Cell::new(0) };
    counter.increment();
    println!("Count: {}", counter.get_count());
}

在这个例子中，Counter结构体有一个Cell<u32>类型的count成员。increment方法可以在不可变的&self引用下更新count的值，因为Cell允许内部可变性。

RefCell应用场景

1. 复杂数据结构的内部可变性：对于非Copy类型（如Vec、Rc等），需要在运行时进行借用检查，以确保可变访问的安全性，RefCell就派上用场了。它通过在运行时检查借用规则来实现内部可变性。
2. 动态借用场景：当需要在运行时根据条件决定是否进行可变或不可变借用时，RefCell能提供灵活的解决方案。

示例：

use std::cell::RefCell;

struct List {
    items: RefCell<Vec<i32>>,
}

impl List {
    fn add_item(&self, item: i32) {
        let mut items = self.items.borrow_mut();
        items.push(item);
    }

    fn get_items(&self) -> Vec<i32> {
        let items = self.items.borrow();
        items.clone()
    }
}

fn main() {
    let list = List { items: RefCell::new(vec![]) };
    list.add_item(1);
    list.add_item(2);
    println!("Items: {:?}", list.get_items());
}

这里List结构体包含一个RefCell<Vec<i32>>类型的items成员。add_item方法获取可变借用以修改Vec，get_items方法获取不可变借用以读取Vec。RefCell在运行时确保借用规则的遵守。

优先选择Cell的情况

• 处理简单的Copy类型数据。
• 性能敏感场景，因为Cell的操作是无运行时开销的直接内存读写。

优先选择RefCell的情况

• 处理非Copy类型数据。
• 需要在运行时动态决定借用类型（可变或不可变）的场景。