面试题：Rust内部可变性设计模式之Cell与RefCell的应用

Question

请阐述Rust中Cell和RefCell这两种内部可变性设计模式的区别，在什么场景下应该使用Cell，什么场景下应该使用RefCell？并各举一个简单的代码示例说明。

Answer 1

区别

1. 内存安全机制：
   • Cell：通过内部可变性允许对不可变引用中的数据进行修改。它只能用于实现了Copy trait的数据类型，因为它内部存储数据的副本，修改时直接覆盖原数据。
   • RefCell：同样提供内部可变性，但它使用运行时借用检查机制，适用于没有实现Copy trait的数据类型。它在运行时检查借用规则，确保不会出现悬垂引用或数据竞争。
2. 访问方式：
   • Cell：提供get和set方法来获取和修改内部数据。
   • RefCell：通过borrow和borrow_mut方法获取不可变和可变引用，这两个方法在运行时检查借用规则。

使用场景

1. Cell的使用场景：
   • 当处理简单的、实现了Copy trait的数据类型，并且希望在不可变引用下修改数据时使用。例如基本数据类型（如u32、bool等）。
2. RefCell的使用场景：
   • 当处理复杂数据类型（如自定义结构体，特别是包含非Copy类型成员），且需要在运行时动态地获取可变引用时使用。

代码示例

1. Cell示例：

use std::cell::Cell;

fn main() {
    let num = Cell::new(5);
    let value = num.get();
    println!("初始值: {}", value);
    num.set(10);
    let new_value = num.get();
    println!("修改后的值: {}", new_value);
}

2. RefCell示例：

use std::cell::RefCell;

fn main() {
    let s = RefCell::new(String::from("hello"));
    {
        let borrow = s.borrow();
        println!("不可变借用: {}", borrow);
    }
    {
        let mut borrow_mut = s.borrow_mut();
        borrow_mut.push_str(", world");
        println!("可变借用修改后: {}", borrow_mut);
    }
}