面试题：Rust中共享引用和可变引用的规则及应用场景

Question

请阐述Rust中共享引用（&T）和可变引用（&mut T）的规则，并且举例说明在哪些场景下你会优先选择使用共享引用，哪些场景下会使用可变引用。

Answer 1

Rust中共享引用（&T）和可变引用（&mut T）的规则

1. 共享引用（&T）规则
   • 可以有多个共享引用同时指向同一个数据。
   • 共享引用只能读取数据，不能修改数据。这确保了在同一时间内，多个部分的代码可以安全地访问数据，而不用担心数据被意外修改，从而避免数据竞争问题。
2. 可变引用（&mut T）规则
   • 在同一时间内，只能有一个可变引用指向特定的数据。
   • 可变引用允许对数据进行修改。这种限制保证了在任何时刻，只有一段代码可以修改数据，防止数据竞争。
   • 可变引用和共享引用不能同时存在。也就是说，当有一个可变引用时，不能有其他共享引用或可变引用指向同一数据；当有共享引用时，不能创建可变引用。

适用场景举例

1. 优先选择共享引用的场景
   • 数据读取操作：当你只需要读取数据，例如遍历集合进行统计或者显示数据时，使用共享引用。例如：

fn sum_numbers(numbers: &[i32]) -> i32 {
    let mut sum = 0;
    for num in numbers {
        sum += num;
    }
    sum
}

在这个函数中，numbers 是共享引用，因为我们只是遍历并读取这个数组中的元素来计算总和，不需要修改数组。 - 多线程安全的数据访问：在多线程环境中，如果数据不需要被修改，使用共享引用可以安全地在多个线程间共享数据，因为共享引用不会引发数据竞争。 2. 优先选择可变引用的场景 - 数据修改操作：当你需要修改数据时，例如向数组中添加元素，或者修改结构体的字段。例如：

fn add_number(numbers: &mut Vec<i32>, num: i32) {
    numbers.push(num);
}

在这个函数中，numbers 是可变引用，因为我们需要修改 Vec，向其中添加新的元素。 - 原地算法：一些算法需要在原始数据上进行修改，而不是创建新的数据副本，这种情况下可变引用是必要的。例如排序算法通常会在原数组上进行排序：

fn sort_numbers(numbers: &mut [i32]) {
    numbers.sort();
}

这里 numbers 是可变引用，因为 sort 方法会修改数组的顺序。