Rust Cell<T>: 在不可变引用的同时修改目标数据

`Cell<T>`

Cell 和 RefCell 在功能上没有区别，区别在于 Cell<T> 适用于 T 实现 Copy 的情况：

use std::cell::Cell;

fn main() {
    let c = Cell::new("asdf");
    let one = c.get();

    c.set("qwer");
    let two = c.get();
    println!("{},{}", one, two);
}

输出：

asdf,qwer

因为实现了 Copy，所以 "asdf" 这个值被复制了一份，给了 one 变量.

Cell 没有可变引用

use std::cell::Cell;

fn main() {
    // code snipet 1
    let x = Cell::new(1);
    let y = &x;
    let z = &x;
    x.set(2);
    y.set(3);
    z.set(4);
    println!("{}", x.get());
}

这里，y, z 都是 x 的不可变引用，调用 y.set() 的时候，会自动 dereference 为
1
(&x).set() ===> x.set()
因此，y, z 调用 set() 都会修改 x 这个指针指向的数据，因此输出为 $4$

Cell::from_mut(), Cell::as_slice_of_cells() 使用技巧

Cell::from_mut()，该方法将 &mut T 转为 &Cell<T>
Cell::as_slice_of_cells()，该方法将 &Cell<[T]> 转为 &[Cell<T>]

// Wrong
fn is_even(i: i32) -> bool {
    i % 2 == 0
}

fn retain_even(nums: &mut Vec<i32>) {
    let mut i = 0;
    for num in nums.iter().filter(|&num| is_even(*num)) {
        nums[i] = *num;
        i += 1;
    }
    nums.truncate(i);
}

// True
use std::cell::Cell;

fn retain_even(nums: &mut Vec<i32>) {
    let slice: &[Cell<i32>] = Cell::from_mut(&mut nums[..])
                                   .as_slice_of_cells();

    let mut i = 0;
    for num in slice.iter().filter(|num| is_even(num.get())) {
        slice[i].set(num.get());
        i += 1;
    }

    nums.truncate(i);
}

这个例子里，我们希望通过 iter().filter() 遍历元素，此时迭代器是对元素的不可变借用，因此无法通过不可变借用来修改元素值（因为会违反 Rust 的借用规则）。而 Cell<T> 允许使用 .get() 和 .set() 方法，在不可变借用的上下文里修改值，从而绕过 Rust 的限制。所以我们需要的是 an immutable reference of a list of Cell<T>s.

`RefCell<T>`

RefCell<T> 解决的问题更进一步：解决可变引用、不可变引用共存的问题。本质只是将编译阶段的共存检查，推迟到运行时阶段，即如果运行时阶段里还是出现了 mutable borrow 和 immutable borrow 同时存在的情况下，依然会报运行时错误 Panic.

Rust 规则	智能指针带来的额外规则
一个数据只有一个所有者	`Rc<T>/Arc<T>` 让一个数据可以拥有多个所有者
要么多个不可变借用，要么一个可变借用	`RefCell<T>` 实现编译期可变、不可变引用共存
违背规则导致编译错误	违背规则导致运行时 panic

什么是内部可变性？

在某些场景中，一个值可以在其方法内部被修改，同时对于其它代码不可变。例如说考虑下面这个例子：

// 定义在外部库中的特征
pub trait Messenger {
    fn send(&self, msg: String);
}

// --------------------------
// 我们的代码中的数据结构和实现
struct MsgQueue {
    msg_cache: Vec<String>,
}

impl Messenger for MsgQueue {
    fn send(&self, msg: String) {
        self.msg_cache.push(msg)
    }
}

我们有个变量 x: MsgQueue，我们调用 x.send() 希望修改数据结构里的一部分，但是不希望 x 变量本身被修改。然而，send() 方法的签名是 &self，而且 .push() 修改了 x 的数据，因此 &self 会报错。

这个时候 RefCell<T> 就派上用场了。我们把 msg_cache 用 RefCell<Vec<String>> 包裹，就可以实现保持 x 不可变的情况下修改内部的数据。

// 定义在外部库中的特征
pub trait Messenger {
    fn send(&self, msg: String);
}

// --------------------------
// 我们的代码中的数据结构和实现
struct MsgQueue {
    msg_cache: Vec<String>,
}

impl Messenger for MsgQueue {
    fn send(&self, msg: String) {
        self.msg_cache.push(msg)
    }
}

use std::cell::RefCell;
pub trait Messenger {
    fn send(&self, msg: String);
}

pub struct MsgQueue {
    msg_cache: RefCell<Vec<String>>,
}

impl Messenger for MsgQueue {
    fn send(&self, msg: String) {
        self.msg_cache.borrow_mut().push(msg)
    }
}

fn main() {
    let mq = MsgQueue {
        msg_cache: RefCell::new(Vec::new()),
    };
    mq.send("hello, world".to_string());
}

注意这里的 borrow_mut()

`Rc + RefCell`

一个常见的用法是 Rc<RefCell<T>>，这样，多个 x = Rc<RefCell<T>> 可以共享底层的数据。

use std::cell::RefCell;
use std::rc::Rc;

fn main() {
    let s = Rc::new(RefCell::new("我很善变，还拥有多个主人".to_string()));

    let s1 = s.clone();
    let s2 = s.clone();
    // let mut s2 = s.borrow_mut();
    s2.borrow_mut().push_str(", oh yeah!");

    println!("{:?}\n{:?}\n{:?}", s, s1, s2);
}

输出：

1
2
3

RefCell { value: "我很善变，还拥有多个主人, oh yeah!" }
RefCell { value: "我很善变，还拥有多个主人, oh yeah!" }
RefCell { value: "我很善变，还拥有多个主人, oh yeah!" }