面试题：Rust生命周期与复杂数据结构

Question

假设有一个复杂的数据结构，例如一个树结构，其中节点之间存在相互引用。如何使用Rust的生命周期管理来确保这些引用在整个数据结构的生命周期内都是有效的，并且不会出现悬空引用？请详细描述设计思路，并给出关键代码片段（不需要完整可运行代码）。

Answer 1

1. 设计思路：
   • 在Rust中，对于树结构中节点间的相互引用，需要使用Rc（引用计数）和Weak（弱引用）类型来管理生命周期。Rc用于增加引用计数，确保数据在还有其他部分引用它时不会被释放。而Weak用于解决循环引用问题，它不会增加引用计数，避免出现循环引用导致内存泄漏。
   • 每个节点可以包含一个Rc指向自身，同时对于指向其他节点的引用，可以使用Weak。这样，当一个节点的Rc计数变为0时，该节点及其所有直接或间接通过Rc引用的节点都会被释放。Weak引用可以在需要时提升为Rc引用，但如果对应的Rc计数已经为0，提升会失败。
2. 关键代码片段：

use std::rc::{Rc, Weak};

// 定义树节点
struct TreeNode {
    value: i32,
    children: Vec<Rc<TreeNode>>,
    parent: Weak<TreeNode>,
}

impl TreeNode {
    fn new(value: i32) -> Rc<TreeNode> {
        Rc::new(TreeNode {
            value,
            children: Vec::new(),
            parent: Weak::new(),
        })
    }

    fn add_child(&mut self, child: Rc<TreeNode>) {
        self.children.push(child.clone());
        child.parent = Rc::downgrade(&self);
    }
}