面试题：Rust内部可变性之缓存场景应用

Question

假设你正在开发一个缓存系统，需要在不可变的结构体中存储可变的缓存数据。请用Rust代码展示如何利用内部可变性来实现这一需求，要求简要解释所使用的内部可变性相关的类型和机制。

Answer 1

use std::cell::Cell;

struct Cache {
    data: Cell<Option<String>>,
}

impl Cache {
    fn new() -> Cache {
        Cache { data: Cell::new(None) }
    }

    fn set(&self, value: String) {
        self.data.set(Some(value));
    }

    fn get(&self) -> Option<String> {
        self.data.get().clone()
    }
}

fn main() {
    let cache = Cache::new();
    cache.set("example".to_string());
    println!("Cache value: {:?}", cache.get());
}

内部可变性相关的类型和机制解释

1. Cell：
   • Cell 类型提供了内部可变性的一种基本形式。它允许在不可变引用上进行修改操作。在这个例子中，Cache 结构体是不可变的，但通过 Cell<Option<String>>，我们可以修改 data 字段的值。
   • Cell 只能用于存储实现了 Copy 语义的类型，对于非 Copy 类型（如 String），Cell 内部存储的是值的拷贝，set 方法会替换内部存储的值，get 方法会返回内部值的拷贝。
2. 不可变结构体中的可变数据：
   • 通常情况下，不可变结构体的字段也是不可变的。但通过 Cell，我们打破了这种常规，实现了在不可变结构体 Cache 中对 data 字段的可变操作。这样，即使 cache 变量是不可变的，我们仍然可以调用 cache.set 方法来更新缓存数据。