面试题：Rust所有权机制下的复杂数据结构处理

Question

考虑一个场景，有一个`Vec<Box<dyn Trait>>`类型的向量，其中`trait`定义了一个方法`do_something`。现在要实现一个函数，该函数接收这个向量，对其中每个元素调用`do_something`方法，然后将向量返回，并且整个过程要遵循Rust的所有权机制，避免内存泄漏和悬空指针。请编写相应代码，并详细解释所有权在函数调用前后以及处理过程中的变化。

Answer 1

trait Trait {
    fn do_something(&self);
}

struct ImplementingStruct;

impl Trait for ImplementingStruct {
    fn do_something(&self) {
        println!("Doing something");
    }
}

fn process_vector(vec: Vec<Box<dyn Trait>>) -> Vec<Box<dyn Trait>> {
    for item in &vec {
        item.do_something();
    }
    vec
}

所有权变化解释

1. 函数调用前：
   • 调用者拥有Vec<Box<dyn Trait>>类型向量的所有权。这个向量中的每个Box<dyn Trait>也被调用者所拥有。
2. 函数调用时：
   • 所有权通过值传递的方式转移到process_vector函数中。此时，函数process_vector拥有Vec<Box<dyn Trait>>向量的所有权，调用者不再拥有该向量。
3. 函数处理过程中：
   • 在for item in &vec循环中，item是对向量中Box<dyn Trait>的不可变借用。这意味着函数可以调用do_something方法，因为该方法只需要不可变借用self。由于是借用，Box<dyn Trait>的所有权仍然属于向量，进而属于process_vector函数。
4. 函数返回后：
   • process_vector函数将向量返回，所有权又转移回调用者。调用者再次拥有Vec<Box<dyn Trait>>向量以及其中每个Box<dyn Trait>的所有权。这种方式确保了没有内存泄漏（因为所有权总是被明确的所有者持有），也避免了悬空指针（因为所有权转移后原所有者不再能访问相应资源）。