Rust基本数据类型-指针之引用、Box、裸指针

在Rust中，引用、Box和裸指针是三种常见的指针类型，它们在内存管理、生命周期和使用方式上有很大的区别。以下是它们的详细说明：

1. 引用（Reference）

引用是指向某个值的指针，但不拥有该值的所有权。引用有两个主要类型：

• 不可变引用（&T）：允许你读取值，但不能修改它。
• 可变引用（&mut T）：允许你修改值，但同时只能有一个可变引用存在，以确保内存安全。

特点：

• 生命周期：引用的生命周期由编译器进行检查，确保引用的值在引用结束前不会被销毁。
• 没有内存分配：引用只是一个指向已有数据的指针，它不需要自己占用堆栈或堆内存。

示例：

fn main() {
    let a = 10;
    let b = &a;  // 不可变引用
    println!("{}", b); // 输出 10
}

fn main() {
    let mut a = 10;
    let b = &mut a; // 可变引用
    *b += 5; // 修改 a 的值
    println!("{}", a); // 输出 15
}

2. Box

Box 是一个智能指针，拥有它指向的值的所有权，并且该值存储在堆上。Box 通常用于将数据存储在堆上，而不是栈上，它适用于大小在编译时无法确定的数据类型。

特点：

• 所有权：Box 拥有它指向的数据，所以当 Box 被丢弃时，数据会被自动清理。
• 堆分配：Box 将数据存储在堆上，而非栈上，这样可以节省栈内存，尤其是在存储大数据时。

示例：

fn main() {
    let b = Box::new(5);  // 在堆上分配内存
    println!("{}", b); // 输出 5
}

3. 裸指针（Raw Pointer）

裸指针是指没有任何Rust所有权机制和生命周期检查的指针，分为两种类型：

• 不可变裸指针（*const T）：指向值，但不允许修改。
• 可变裸指针（*mut T）：指向值，允许修改。

特点：

• 无生命周期检查：裸指针没有任何生命周期检查，因此可能导致悬挂指针（dangling pointer）或数据竞争。
• 不安全：因为裸指针绕过了Rust的借用检查机制，所以必须在 unsafe 块中使用。

示例：

fn main() {
    let mut x = 42;
    let r: *mut i32 = &mut x; // 创建一个可变裸指针
    unsafe {
        *r = 10;  // 使用裸指针修改值
    }
    println!("{}", x);  // 输出 10
}

总结：

• 引用：安全且受生命周期检查，适用于无需拥有所有权的情况。
• Box：在堆上分配内存，拥有数据的所有权，适用于大小不定的类型。
• 裸指针：绕过Rust的所有权系统，允许进行低级内存操作，但需要谨慎使用，通常用于 FFI（外部函数接口）或性能优化场景。