編寫測(cè)試可以讓我們的代碼在后續(xù)迭代過(guò)程中不出現(xiàn)功能性缺陷問(wèn)題；理解迭代器、閉包的函數(shù)式編程特性；Box<T>智能指針在堆上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，Rc<T>智能指針開(kāi)啟多所有權(quán)模式等；理解并發(fā)，如何安全的使用線程，共享數(shù)據(jù)。

自動(dòng)化測(cè)試

編寫測(cè)試以方便我們?cè)诤罄m(xù)的迭代過(guò)程中，不會(huì)改壞代碼。保證了程序的健壯性。

測(cè)試函數(shù)通常進(jìn)行如下操作：

1. 設(shè)置需要的數(shù)據(jù)或狀態(tài)
2. 運(yùn)行需要測(cè)試的代碼
3. 斷言其結(jié)果是我們期望的

在 rust 中，通過(guò)test屬性、斷言宏和一些屬性設(shè)置來(lái)測(cè)試代碼。

$> cargo new ifun-grep --lib

創(chuàng)建項(xiàng)目時(shí)，通過(guò)--lib表明創(chuàng)建一個(gè)庫(kù)，會(huì)默認(rèn)生成一個(gè)測(cè)試示例，在src/lib.rs中

pub fn add(left: usize, right: usize) -> usize {
    left + right
}

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;

    #[test]
    fn it_works() {
        let result = add(2, 2);
        assert_eq!(result, 4);
    }
}

進(jìn)入到項(xiàng)目中,執(zhí)行cargo test就會(huì)看到執(zhí)行完測(cè)試的詳細(xì)信息。包括了測(cè)試數(shù)量、通過(guò)測(cè)試數(shù)、失敗測(cè)試數(shù)等等維度

首先使用mod tests定義了一個(gè) tests 模塊，內(nèi)部函數(shù)需要使用外部方法，在最頂部調(diào)用了use super::*;。這在包的一節(jié)里已有說(shuō)明。

#[cfg(test)]標(biāo)注測(cè)試模塊。它可以告訴 rust 在編譯時(shí)不需要包含該測(cè)試代碼。

#[test]表明是測(cè)試函數(shù)，通過(guò) assert_eq!()斷言結(jié)果值是否相同。

可以手動(dòng)改動(dòng)一下斷言值assert_eq!(result, 5),再次執(zhí)行可以看到測(cè)試不通過(guò)，并給出了結(jié)果的不同之處。

由 rust 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)提供的斷言測(cè)試宏，幫助我們處理結(jié)果值。結(jié)果與預(yù)期相同時(shí)，則測(cè)試會(huì)通過(guò)；不一樣時(shí)，則會(huì)調(diào)用panic!宏，導(dǎo)致測(cè)試失敗。

• assert!()一個(gè)必傳參數(shù)，true是測(cè)試通過(guò)；false測(cè)試失敗。
• assert_eq!()兩個(gè)必傳參數(shù)，比對(duì)它們是否相同。
• assert_ne!兩個(gè)必傳參數(shù)，比對(duì)它們是否不相同。

assert_eq!和assert_ne斷言失敗時(shí)，會(huì)打印出兩個(gè)值，便于觀察為什么失敗。因?yàn)闀?huì)打印輸出，所以兩個(gè)值必須實(shí)現(xiàn)PartialEq和Debug trait可以被比較和輸出調(diào)試。

如果是我們自定義的結(jié)構(gòu)體或枚舉類型，則可以直接增加#[derive(PartialEq, Debug)]注解。如果是復(fù)雜的類型，則需要派生宏trait，這在后面的文章會(huì)講。

#[derive(PartialEq,Debug)]
struct User {
    name: String,
}

宏除了它們必須的參數(shù)之外，也可以傳遞更多的參數(shù)，這些參數(shù)會(huì)被傳遞給format!()打印輸出。這樣我們可以增加一些輸出，方便解決斷言失敗的問(wèn)題

assert_eq!(result, 5, "hello rust!");

測(cè)試程序處理錯(cuò)誤

除了測(cè)試程序正常執(zhí)行邏輯的結(jié)果，也需要測(cè)試程序發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，是否按照我們的錯(cuò)誤處理邏輯 處理了錯(cuò)誤。

假設(shè)我們的被測(cè)試函數(shù)接受的參數(shù)不能大于100,大于時(shí)panic錯(cuò)誤 信息

pub fn add(left: usize, right: usize) -> usize {
    if right > 100 {
        panic!("the value exceeds 100!");
    }
    left + right
}

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;

    #[test]
    fn it_works() {
        let result = add(2, 102);
        assert_eq!(result, 104);
    }
}

執(zhí)行測(cè)試cargo test,就算斷言結(jié)果時(shí)邏輯正確的，但是我們的函數(shù)限制了參數(shù)最大值，測(cè)試不通過(guò)。

增加測(cè)試用例來(lái)測(cè)試這種場(chǎng)景，通過(guò)增加#[should_panic]來(lái)處理程序確實(shí)有這種限制，并panic!。

#[test]
#[should_panic]
fn value_exceed_100() {
    add(5, 120);
}

執(zhí)行cargo test，可以看到測(cè)試示例通過(guò)了。如果我們符合參數(shù)要求，測(cè)試示例就會(huì)是失敗

但如果我們代碼中有多個(gè)錯(cuò)誤panic!()，就會(huì)有同樣的多個(gè)測(cè)試示例不通過(guò)，打印輸出并沒(méi)有給我們足夠的信息去找到問(wèn)題所在。
通過(guò)should_panic可選擇參數(shù)expected提供一個(gè)錯(cuò)誤描述信息，

pub fn add(left: usize, right: usize) -> usize {
    if right > 100 {
        panic!("the value exceeds 100!,got {}", right)
    } else if right < 50 {
        panic!("the value does not less than 50!,got {}", right)
    }
    left + right
}

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;

    #[test]
    #[should_panic(expected = "exceeds 100!")]
    fn value_exceed_100() {
        add(5, 99);
    }
    #[test]
    #[should_panic(expected = "less than 50!")]
    fn value_not_less_50() {
        add(59, 59);
    }
}

也可以通過(guò)Result<T,E>編寫測(cè)試，在程序失敗時(shí)，返回Err而不是panic;

#[test]
fn add_equal() -> Result<(), String> {
    if add(5, 105) == 111 {
        Ok(())
    } else {
        Err(String::from("Error in add"))
    }
}

此時(shí)不能使用#[should_panic()]注解。也不能使用表達(dá)式?

控制測(cè)試運(yùn)行

cargo test在測(cè)試模式下編譯代碼并發(fā)運(yùn)行生成的測(cè)試二進(jìn)制文件。

1. 可以通過(guò)設(shè)置測(cè)試線程，單次只執(zhí)行一個(gè)測(cè)試示例

$> cargo test -- --test-threads=1

測(cè)試線程為 1，程序不會(huì)使用任何并行機(jī)制。

2. 默認(rèn)的測(cè)試在測(cè)試示例通過(guò)時(shí)，不會(huì)打印輸出。通過(guò)設(shè)置在測(cè)試成功時(shí)也輸出程序中的打印

$> cargo test -- --show-output

3. 默認(rèn)的cargo test會(huì)運(yùn)行所有測(cè)試，通過(guò)指定名稱來(lái)運(yùn)行部分測(cè)試

$> cargot test add_equal

過(guò)濾運(yùn)行多個(gè)測(cè)試，可以通過(guò)指定測(cè)試名稱的一部分，只要匹配這個(gè)名稱的測(cè)試都會(huì)被運(yùn)行。

$> cargot test value

通過(guò)#[ignore]標(biāo)記忽略該測(cè)試。

#[test]
#[ignore]
fn add_equal() -> Result<(), String> {
    if add(5, 105) == 110 {
        Ok(())
    } else {
        Err(String::from("Error in add"))
    }
}

測(cè)試被忽略，但是可以通過(guò)cargot test -- --ignored來(lái)運(yùn)行被忽略的測(cè)試。

如果想運(yùn)行所有的測(cè)試，可以通過(guò)cargot test -- --include-ignored

集成測(cè)試

單元測(cè)試可以在指定的模塊中書寫測(cè)試實(shí)例，每次測(cè)試一個(gè)模塊，也可以測(cè)試私有接口。

集成測(cè)試對(duì)庫(kù)來(lái)說(shuō)是外部的，只能測(cè)試公有接口，可測(cè)試多個(gè)模塊。通過(guò)創(chuàng)建tests目錄編寫?yīng)毩⒌臏y(cè)試文件。

tests/lib.rs

use ifun_grep;

#[test]
#[should_panic(expected = "exceeds")]
fn value_exceed_100() {
    ifun_grep::add(5, 99);
}

隨著集成測(cè)試模塊的增多，我們需要更好的組織它們，可以根據(jù)測(cè)試的功能將測(cè)試分組。將一些測(cè)試公共模塊抽離出來(lái)，作為其他測(cè)試功能組的測(cè)試函數(shù)調(diào)用

比如tests/common.rs

pub fn init(){
    // something init
}

再執(zhí)行cargo test,會(huì)看到運(yùn)行了tests/common.rs 運(yùn)行了 0 個(gè)測(cè)試。這顯然是我們不需要的，可以改寫文件目錄tests/common/mod.rs,這會(huì)告訴 rust 不要將common看作一個(gè)集成測(cè)試文件。

迭代器與閉包

rust 類似函數(shù)式編程語(yǔ)言的特性?？梢詫⒑瘮?shù)作為參數(shù)值或返回值、將函數(shù)賦值給變量等。

閉包

可以儲(chǔ)存在變量里的類似函數(shù)的結(jié)構(gòu)。保存在一個(gè)變量中或作為參數(shù)傳遞給其他函數(shù)的匿名函數(shù)。

閉包允許捕獲被定義時(shí)所在作用域中的值。

#[derive(Debug)]
enum Name {
    Admin,
    Test,
}
#[derive(Debug)]
struct User {}

impl User {
    fn get_name(&self, name: Option<Name>) -> Name {
        name.unwrap_or_else(|| self.random_name())
    }

    fn random_name(&self) -> Name {
        Name::Admin
    }
}

fn main(){
    let user = User {};
    println!("{:?}", user.get_name(Some(Name::Test)));
    println!("{:?}", user.get_name(None));
}

unwrap_or_else方法接受一個(gè)閉包函數(shù)，當(dāng)一個(gè)Some值存在時(shí)直接返回，如果不存在則執(zhí)行其傳入的閉包函數(shù)計(jì)算一個(gè)值返回。

閉包不需要在參數(shù)或返回值上注明類型。閉包通常只關(guān)聯(lián)小范圍的上下文而非任意情景，所以編譯器可以推導(dǎo)出參數(shù)和返回值類型。

也可以顯示定義閉包的參數(shù)和返回值的類型：

fn main(){
    let get_age = |age: i8| -> i8 { age };
    // let get_age = |age| age;

    println!("{}", get_age(32));
}

相對(duì)于增加參數(shù)或返回值類型使得書寫更加的繁瑣。而對(duì)于未標(biāo)注類型的閉包，在第一次調(diào)用后就確定其參數(shù)和返回值類型，再傳其他類型時(shí)就會(huì)報(bào)錯(cuò)。

fn main(){
    let get_age = |age| age;

    println!("{}", get_age(String::from("admin")));
    // 調(diào)用出錯(cuò)，已經(jīng)確定了參數(shù)和返回值類型為String
    println!("{}", get_age(32));
}

捕獲引用或移動(dòng)所有權(quán)

在傳遞給閉包參數(shù)時(shí)，需要考慮參數(shù)的傳遞方式：不可變借用、可變借用和獲取所有權(quán)。這是根據(jù)傳遞的值決定的。

對(duì)于不可變借用，變量可以在任何情形下被訪問(wèn)。

let str = String::from("hboot");
let print_str = || println!("{:?}", str);

println!("{str}");
print_str();
println!("{str}");

而對(duì)于可變借用，則只能在借用結(jié)束后調(diào)用.聲明的閉包函數(shù)也需要mut聲明

let mut str = String::from("hboot");
let mut print_str = || str.push_str("-rust");

// println!("{str}");
print_str();
println!("{str}");

通過(guò)move關(guān)鍵字將變量的所有權(quán)轉(zhuǎn)移閉包所在的環(huán)境中。

use std::thread;

fn main(){
    let mut str = String::from("hboot");
    println!("{str}");

    thread::spawn(move || {
        str.push_str("-rust");
        println!("{str}")
    })
    .join()
    .unwrap();
}

此時(shí)，將變量str值的所有權(quán)轉(zhuǎn)移到了新線程中，主線程則不能再使用。

將被捕獲的值移出閉包和 Fn trait

在閉包環(huán)境中，捕獲和處理值的方式會(huì)影響閉包 trait 的實(shí)現(xiàn)。trait 是函數(shù)或結(jié)構(gòu)體指定它們可以使用什么類型的閉包。

從閉包如何任何處理值、閉包自動(dòng)、漸進(jìn)實(shí)現(xiàn)一個(gè)、多個(gè) Fntrait

• FnOnce 適用于調(diào)用一次的閉包。所有閉包都是實(shí)現(xiàn)這個(gè) trait，它會(huì)將捕獲的值移除閉包。
• FnMut 不會(huì)將捕獲的值移除閉包，可能會(huì)修改值。會(huì)被調(diào)用 多次。
• Fn 不會(huì)移除捕獲的值，也不修改捕獲的值。會(huì)被調(diào)用多次而不改變其環(huán)境。

這是Option<T>的unwrap_or_else()方法定義

impl<T> Option<T> {
    pub fn unwrap_or_else<F>(self, f: F) -> T
    where
        F: FnOnce() -> T
    {
        match self {
            Some(x) => x,
            None => f(),
        }
    }
}

F就是閉包指定的類型，T是返回值類型。FnOnce()->T表明了閉包會(huì)被調(diào)用一次，有值時(shí)Some,返回值；沒(méi)有值時(shí)None,f調(diào)用一次。

在使用閉包時(shí)，如果我們不需要捕獲其環(huán)境中的值，則可以不使用閉包，而使用傳遞函數(shù)作為參數(shù)。

迭代器

迭代器是處理元素序列的方式。遍歷序列中的每一項(xiàng)以及決定序列何時(shí)結(jié)束的邏輯。

fn main(){
    let arr = [1, 2, 3, 4];

    for val in arr {
        println!("{}", val)
    }
}

迭代器都定義了Iteratortrait,并實(shí)現(xiàn)next方法。調(diào)用next返回迭代器的一個(gè)項(xiàng)，封裝在Some中，結(jié)束后返回None

pub trait Iterator {
    type Item;

    fn next(&mut self) -> Option<Self::Item>;
}

type Item和Self::Item定義了 trait 的關(guān)聯(lián)類型。表明了迭代器返回值類型為Item

可以通過(guò)next()方法迭代獲取值：

fn main(){
    let arr = [1, 2, 3, 4];

    let mut iter = arr.iter();
    println!("{:?}", iter.next());
    println!("{:?}", iter.next());
}

iter()生成一個(gè)不可變引用的迭代器。對(duì)于迭代器實(shí)例iter必須是mut可變的。

• into_ter()獲取到 arr 所有權(quán)的迭代器。
• iter_mut()可以獲取到可變引用迭代器。

消費(fèi)適配器

調(diào)用next()方法的方法被稱為消費(fèi)適配器。

fn main() {
    let arr = [1, 2, 3, 4];

    let total: i8 = arr.iter().sum();
    println!("{}", total);
}

這些方法總是會(huì)獲取迭代器的所有權(quán)并反復(fù)調(diào)用 next來(lái)遍歷迭代器。sum()方法返回調(diào)用next方法獲取值，最終返回和值。

迭代器適配器

將當(dāng)前迭代器變?yōu)椴煌愋偷牡??？梢枣準(zhǔn)秸{(diào)用多個(gè)迭代器適配器，但是每次調(diào)用都必須調(diào)用消費(fèi)適配器來(lái)獲取調(diào)用結(jié)果。

fn main(){
    let arr = [1, 2, 3, 4];
    let arr2: Vec<_> = arr.iter().map(|val| val + 1).collect();

    for val in arr2 {
        println!("{}", val)
    }
}

map()方法接受一個(gè)閉包函數(shù)，可以在遍歷元素上執(zhí)行任何操作。進(jìn)行了一次迭代適配器操作，然后通過(guò)collect()方法獲取調(diào)用的結(jié)果值。

智能指針

指針是一個(gè)包含內(nèi)存地址的變量。智能指針是一類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)同指針，并擁有額外的元數(shù)據(jù)和功能。

智能指針通常使用結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了Deref和Droptrait。deref trait 允許智能指針結(jié)構(gòu)體實(shí)例表現(xiàn)的像引用一樣；drop trait 允許智能指針離開(kāi)作用域時(shí)自定義運(yùn)行代碼

標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中常用的智能指針：

• Box<T> 用于在堆上分配值
• Rc<T> 引用計(jì)數(shù)類型，其數(shù)據(jù)可以有多個(gè)所有者
• Ref<T>、RefMut<T> 通過(guò)RefCell<T>訪問(wèn)，這是一個(gè)在運(yùn)行時(shí)執(zhí)行借用規(guī)則的類型。

Box<T>

智能指針 box 允許將一個(gè)值放在堆上而不是棧上。留在棧上的則是指向堆數(shù)據(jù)的指針。

在以下情況下可以考慮使用：

• 編譯時(shí)未知大小的類型，又想在確切大小的上下文中使用這個(gè)類型的值。
• 當(dāng)有大量數(shù)據(jù)不被拷貝的情況下轉(zhuǎn)移所有權(quán)的時(shí)候
• 當(dāng)有一個(gè)值只關(guān)心它的類型是否實(shí)現(xiàn)特定 trait，而不是具體類型的時(shí)候

fn main(){
    let b = Box::new(100);
    println!("{}", b);
}

直接聲明創(chuàng)建 box 類型變量，并分配了一個(gè)值100存儲(chǔ)在堆上, 可以直接訪問(wèn)變量訪問(wèn)值。

通過(guò)cons list 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義遞歸數(shù)據(jù)類型

它是construct function的縮寫，利用兩個(gè)參數(shù)構(gòu)造一個(gè)新的列表.最后一項(xiàng)值包含了Nil值，標(biāo)識(shí)結(jié)束

enum List {
    Cons(i32, Box<List>),
    Nil,
}
use crate::List::{Cons, Nil};

fn main(){
    let list = Cons(1, Box::new(Cons(2, Box::new(Cons(3, Box::new(Nil))))));
}

Cons可能會(huì)無(wú)限嵌套下去，為了保證 rust 編譯時(shí)計(jì)算需要的大小，只能通過(guò)Box來(lái)幫助 rust 計(jì)算出List需要的大小。

Dereftrait 重載解引用運(yùn)算符*

之前已經(jīng)使用過(guò)*解引用值，可以獲取到指針指向引用的值。

fn main(){
    let mut s = String::from("hboot");
    let s1 = &mut s;
    *s1 += " admin";

    println!("{}", s)
}

s1是 s 的可變引用，再通過(guò)*解引用后，可以修改存儲(chǔ)在堆上的數(shù)據(jù)。

也可以通過(guò)Box<T>代替引用，和*擁有相同的功能。

fn main(){
    let s = String::from("hboot");

    let mut s1 = Box::new(s);
    *s1 += " admin";

    println!("{:?}", s1);
}

Box會(huì)拷貝s在棧上的指針數(shù)據(jù)，導(dǎo)致存儲(chǔ)在堆上的數(shù)據(jù)所有權(quán)被轉(zhuǎn)移，s在后續(xù)變的不可用。

自定義實(shí)現(xiàn)一個(gè)智能指針MyBox,它可以做到上面的解引用操作

#[derive(Debug)]
struct MyBox<T>(T);

impl<T> MyBox<T> {
    fn new(val: T) -> MyBox<T> {
        MyBox(val)
    }
}

實(shí)現(xiàn)了一個(gè)元組結(jié)構(gòu)體，自定義實(shí)例new方法，接受一個(gè)參數(shù)進(jìn)行初始化操作。還需要實(shí)現(xiàn)解引用功能，Dereftrait 由標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)提供，實(shí)現(xiàn) deref 方法

use std::ops::Deref;

impl<T> Deref for MyBox<T> {
    type Target = T;

    fn deref(&self) -> &Self::Target {
        &self.0
    }
}

上述的解引用例子，則可以由MyBox代替實(shí)現(xiàn)。type Target = T定義了 trait 的關(guān)聯(lián)類型，&self.0訪問(wèn)元組結(jié)構(gòu)體的第一個(gè)元素。

fn main(){
    let s = String::from("hboot");

    let s1 = MyBox::new(s);
    // *s1 += " admin";

    println!("{:?}", *s1);
}

因?yàn)閷?shí)現(xiàn)的是Deref所以不能修改，修改時(shí)需要實(shí)現(xiàn)DerefMuttrait。

實(shí)現(xiàn)了Dereftrait 的數(shù)據(jù)類型，在函數(shù)傳參時(shí)，可做到隱式轉(zhuǎn)換，而不需要手動(dòng)去轉(zhuǎn)換為參數(shù)需要的類型。

fn print(val: &str) {
    println!("{}", val)
}

fn main(){
    // 輸出上面的示例 s1
    print(&s1);
}

對(duì)于數(shù)據(jù)的強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，只能將可變引用轉(zhuǎn)為不可變引用；不能將不可變引用轉(zhuǎn)為可變引用。

Drop trait 運(yùn)行清理代碼

實(shí)現(xiàn)了Droptrait 的數(shù)據(jù)，在離開(kāi)作用域時(shí)，會(huì)調(diào)用其實(shí)現(xiàn)的drop方法,它獲取一個(gè)可變引用。

為上述的MyBox實(shí)現(xiàn)Drop,無(wú)需引入，Droptrait 是 prelude 的。

impl<T> Drop for MyBox<T> {
    fn drop(&mut self) {
        println!("mybox drop value");
    }
}

再次調(diào)用執(zhí)行，可以看到最終在程序執(zhí)行完畢后，打印輸出了mybox drop value. drop會(huì)自動(dòng)執(zhí)行，而無(wú)需手動(dòng)調(diào)用。

如果想要提前銷毀資源，則需要std::mem::drop,可以調(diào)用drop方法

fn main(){

    drop(s1);
    // 手動(dòng)清理后，后續(xù)不能再使用s1
    // print(&s1);
}

Rc<T> 引用計(jì)數(shù)啟用多所有權(quán)模式

在圖形結(jié)構(gòu)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有多個(gè)邊指向，所以每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)擁有指向它的邊的所有權(quán)。

通過(guò)使用Rc<T>類型，記錄被引用的數(shù)量，來(lái)確定這個(gè)值有沒(méi)有被引用。如果為 0 沒(méi)有被引用，則會(huì)被清理。

Rc<T> 只適用于單線程

創(chuàng)建Rc類型的變量s,然后通過(guò)Rc::clone克隆變量s生成s1\s2.

use std::rc::Rc;

fn main(){
    let s = Rc::new(String::from("hboot"));

    let s1 = Rc::clone(&s);
    let s2 = Rc::clone(&s);

    println!("s:{},s1:{},s2:{}", s, s1, s2)
}

這里可以看到s1、s2沒(méi)有獲取s的所有權(quán)，它們?nèi)匀煌瑫r(shí)生效。Rc::clone不同于深拷貝，只會(huì)增加引用計(jì)數(shù)。

可以通過(guò)strong_count()方法查看被引用次數(shù)

fn main(){
    let s = Rc::new(String::from("hboot"));
    println!("s create - {}", Rc::strong_count(&s));
    let s1 = Rc::clone(&s);
    println!("s1 create - {}", Rc::strong_count(&s));

    {
        let s2 = Rc::clone(&s);
        println!("s2 create - {}", Rc::strong_count(&s));
    }

    println!("s2 goes out of scope  - {}", Rc::strong_count(&s));
}

執(zhí)行測(cè)試輸出為

通過(guò)不可變引用，Rc<T>允許程序在多個(gè)部分之間只讀地共享數(shù)據(jù)。

RefCell<T> 允許修改不可變引用

根據(jù) rust 的不可變引用規(guī)則，被引用的變量是不允許修改。但是在某些模式下，可以做到修改，也就是內(nèi)部可變性模式。

內(nèi)部可變性通過(guò)在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中使用unsafe代碼來(lái)模糊 rust 的不可變性和借用規(guī)則。unsafe不安全代碼表明我們需要手動(dòng)去檢查代碼而不是讓編譯器檢查。

RefCell<T>類型是在代碼運(yùn)行時(shí)作用檢測(cè)不可變或可變借用規(guī)則，而通常的規(guī)則檢測(cè)是在編譯階段。

特點(diǎn)：

• 可以在允許出現(xiàn)特定內(nèi)存安全的場(chǎng)景中使用。
• 需要確認(rèn)你的代碼遵守了借用規(guī)則，但是 rust 無(wú)法理解
• 只能用于單線程

RefCell<T> 在運(yùn)行時(shí)記錄借用，通過(guò)borrow()和borrow_mut()方法，會(huì)返回Ref<T>和RefMut<T>智能指針，并實(shí)現(xiàn)了Dereftrait.

定義一個(gè)MixNametrait，然后結(jié)構(gòu)體User實(shí)現(xiàn)了它，并實(shí)現(xiàn)它的方法mix.

use std::cell::RefCell;

pub trait MixName {
    fn mix(&self, suffix: &str);
}

struct User {
    name: RefCell<String>,
}

impl User {
    fn new() -> User {
        User {
            name: RefCell::new(String::from("hboot")),
        }
    }
}

impl MixName for User {
    fn mix(&self, suffix: &str) {
        self.name.borrow_mut().push_str(suffix);
    }
}

mix方法修改了 self 內(nèi)部屬性name的值，但是我們可以看到&self時(shí)不可變引用，這歸功于RefCell<T>創(chuàng)建值，使得不可變借用可以修改其內(nèi)部值。

fn main(){
    let user = User::new();

    user.mix(" hello");
    println!("{:?}", user.name.borrow());
}

執(zhí)行程序可以看到內(nèi)部的值已經(jīng)被修改了。RefCell<T>會(huì)在調(diào)用borrow時(shí)，記錄借用次數(shù)，當(dāng)離開(kāi)了作用域時(shí)，借用次數(shù)減一。

RefCell<T>只能有一個(gè)所有者，結(jié)合Rc<T>使其擁有多個(gè)可變數(shù)據(jù)所有者。

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

fn main(){
    let s = Rc::new(RefCell::new(String::from("hboot")));

    let s1 = Rc::clone(&s);

    let s2 = Rc::clone(&s);

    *s.borrow_mut() += " good";
    println!("{:?}", s);
}

通過(guò)RefCell來(lái)創(chuàng)建變量，然后通過(guò)Rc開(kāi)啟多所有權(quán)，這樣在*s.borrow_mut() += " good";,修改后，變量s、s1、s2的值都發(fā)生了變更。

但是這只能在單線中使用，如果想要多線程使用，則需要使用并發(fā)安全的Mutex<T>類型。

無(wú)畏并發(fā)

并發(fā)編程 - 代表程序的不同部分相互獨(dú)立的運(yùn)行。

并行編程 - 代表程序不同部分同時(shí)執(zhí)行。

thread多線程運(yùn)行代碼

多線程運(yùn)行代碼可以提高程序的執(zhí)行效率。也會(huì)造成一些問(wèn)題

• 多個(gè)線程在不同時(shí)刻訪問(wèn)同一數(shù)據(jù)資源，形成競(jìng)爭(zhēng)
• 相互等待對(duì)方，造成死鎖
• 一些情況下出現(xiàn)的難以修復(fù)的 bug

使用thread::spawn創(chuàng)建一個(gè)線程，它接受一個(gè)閉包函數(shù)

use std::thread;

fn main() {
    thread::spawn(|| {
        println!("hello!");
    });

    println!("rust!");
}

可以看到輸出，先是rust!,也就是主線程先執(zhí)行?？梢远啻螆?zhí)行cargo run以觀察結(jié)果，會(huì)出現(xiàn)新線程沒(méi)有打印輸出，這是因?yàn)橹骶€程結(jié)束，新線程也會(huì)結(jié)束，而不會(huì)等待新線程是否執(zhí)行完畢。

可以通過(guò)線程休眠，展示這一特點(diǎn)

use std::thread;
use std::time::Duration;

fn main() {
    thread::spawn(|| {
        thread::sleep(Duration::from_millis(2));
        println!("hello!");
    });

    println!("rust!");
}

程序基本沒(méi)有什么機(jī)會(huì)切換到新線程去執(zhí)行，也看不到新線程的打印輸出。

可以通過(guò)thread::spawn的返回值線程實(shí)例，然后調(diào)用join()方法，來(lái)等待線程結(jié)束

let thread = thread::spawn(|| {
    thread::sleep(Duration::from_millis(2));
    println!("hello!");
});

println!("rust!");

thread.join().unwrap();

再次執(zhí)行，可以看到新線程的打印輸出。join()會(huì)阻塞當(dāng)前線程，知道線程實(shí)例thread執(zhí)行完畢。
可以將thread.join().unwrap();放在主線程輸出之前，優(yōu)先執(zhí)行

thread.join().unwrap();

println!("rust!");

通過(guò)move關(guān)鍵字強(qiáng)制閉包獲取其所有權(quán)，thread::spawn創(chuàng)建線程給的閉包函數(shù)沒(méi)有任何參數(shù)，需要使用主線程里的變量

let name = String::from("hboot");

let thread = thread::spawn(move || {
    thread::sleep(Duration::from_millis(2));
    println!("hello! - {}", name);
});

新線程強(qiáng)制獲取了環(huán)境中變量的所有權(quán)，保證了新線程執(zhí)行不會(huì)出錯(cuò)。如果是引用，那么由于新線程的執(zhí)行順序，可能會(huì)在主線程執(zhí)行過(guò)程使引用失效，從而導(dǎo)致新線程執(zhí)行報(bào)錯(cuò)

線程間消息傳遞

通過(guò)channel實(shí)現(xiàn)線程間消息的傳遞并發(fā)。

通過(guò)mpsc::channel創(chuàng)建通信通道，這個(gè)通道可以有多個(gè)發(fā)送端，但只能有一個(gè)接收端.

use std::sync::mpsc;

fn main(){
    let (send, receive) = mpsc::channel();

    thread::spawn(move || {
        let name = String::from("rust");
        send.send(name).unwrap();
    });

    let receive_str = receive.recv().unwrap();

    println!("get thread msg :{}", receive_str);
}

mpsc::channel()生成一個(gè)通過(guò)，返回一個(gè)元組，第一個(gè)是發(fā)送者，第二個(gè)是接收者。然后創(chuàng)建一個(gè)新線程，通過(guò)實(shí)例對(duì)象send發(fā)送一條信息；在主線程中通過(guò)實(shí)例對(duì)象receive接受數(shù)據(jù)。

不管是send()發(fā)送方法還是recv()方法，它們都返回Result<T,E>類型，如果接受端或發(fā)送端被清除了，則會(huì)返回錯(cuò)誤。

接受recv()方法是阻塞線程的，也就是必須接收到一個(gè)值。還有一個(gè)方法try_recv()方法則不會(huì)阻塞，需要頻繁去調(diào)用，在有可用消息時(shí)進(jìn)行處理。

新線程將變量name發(fā)送出去，那么它的所有權(quán)也被轉(zhuǎn)移 出去了，后續(xù)不能使用它

send.send(name).unwrap();

// 在發(fā)送后，不能再使用改變量
println!("{}", name);

當(dāng)在子線程中連續(xù)多次發(fā)送多個(gè)值時(shí)，可以通過(guò)迭代器遍歷receive獲取值

fn main(){
    let (send, receive) = mpsc::channel();

    thread::spawn(move || {
        send.send(1).unwrap();
        send.send(10).unwrap();
        send.send(100).unwrap();
    });

    for receive_str in receive {
        println!("{}", receive_str);
    }
}

上述例子只是單發(fā)送者，可以通過(guò)clone()方法克隆send發(fā)送對(duì)象，然后傳給另一個(gè)線程

fn main(){
    let (send, receive) = mpsc::channel();

     let send_str = send.clone();
    thread::spawn(move || {
        send_str.send("hello").unwrap();
        send_str.send("rust").unwrap();
    });

    thread::spawn(move || {
        send.send("good").unwrap();
        send.send("hboot").unwrap();
    });

    for receive_str in receive {
        println!("{}", receive_str);
    }
}

創(chuàng)建兩個(gè)線程，一個(gè)線程傳入時(shí)克隆的send_str，它們都發(fā)送消息，然后在主線程中，接收到所有消息。

多個(gè)線程由于執(zhí)行順序?qū)е麓蛴≥敵龅捻樞蛞膊槐M相同。這依賴于系統(tǒng)，我們可以通過(guò)線程休眠做實(shí)驗(yàn),觀察到輸出的順序不同

線程間共享狀態(tài)

除了相互之間發(fā)送消息外， 還可以通過(guò)共享數(shù)據(jù)，來(lái)傳遞數(shù)據(jù)狀態(tài)變化。

通過(guò)Mutex<T>創(chuàng)建共享數(shù)據(jù)，在需要使用的線程中通過(guò)lock()獲取鎖，以訪問(wèn)數(shù)據(jù)。

use std::sync::{Mutex};

fn main()[
    let name = Mutex::new(String::from("hboot"));

    {
        let mut name = name.lock().unwrap();

        *name += " good!";
    }

    println!("{:?}", name.lock().unwrap());
]

新創(chuàng)建的數(shù)據(jù)hboot,在局部作用域中獲取鎖，然后解引用后變更值，最終打印輸出可以看到變更后的數(shù)據(jù)。

Mutext<T>是一個(gè)智能指針，調(diào)用lock()返回了一個(gè)MutexGuard智能指針，它實(shí)現(xiàn)了Deref來(lái)指向內(nèi)部數(shù)據(jù)，同時(shí)也提供Drop實(shí)現(xiàn)了當(dāng)離開(kāi)作用域時(shí)自動(dòng)釋放鎖。

正因?yàn)檫@樣，我們?cè)诰幋a時(shí)，不會(huì)因?yàn)橥涐尫沛i而導(dǎo)致其他線程訪問(wèn)不了數(shù)據(jù)。

如果想要在多個(gè)線程中訪問(wèn)共享數(shù)據(jù)，因?yàn)榫€程需要轉(zhuǎn)移所有權(quán)，這樣導(dǎo)致共享數(shù)據(jù)每次只能在一個(gè)線程中使用，通過(guò)Arc<T>來(lái)創(chuàng)建多所有者，使得共享數(shù)據(jù)可被多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)。

use std::sync::{Arc, Mutex};
use std::thread;

fn main(){
    let name = Arc::new(Mutex::new(String::from("hboot")));

    let mut thread_arr = vec![];
    for val in ["admin", "test", "hello", "rust"] {
        let name = Arc::clone(&name);

        let thread = thread::spawn(move || {
            let mut name = name.lock().unwrap();

            *name += val;
        });

        thread_arr.push(thread);
    }

    for thread in thread_arr {
        thread.join().unwrap();
    }
    println!("{:?}", name.lock().unwrap())
}

Arc<T>擁有和Rc<T>相同的 api，它可以用于并發(fā)環(huán)境的類型。這是一個(gè)原子引用計(jì)數(shù)類型。

Mutex<T>同RefCell<T>一樣，提供了內(nèi)部可變性，通過(guò)獲取內(nèi)布值的可變引用修改值。當(dāng)然，Mutex<T>也會(huì)有出現(xiàn)相互引用鎖死的風(fēng)險(xiǎn)，兩個(gè)線程需要鎖住兩個(gè)資源而各自已經(jīng)鎖了一個(gè)，造成了互相等待的問(wèn)題。

Sync和Send trait擴(kuò)展并發(fā)

除了使用 rust 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)提供的處理并發(fā)問(wèn)題，還可以使用別人編寫的并發(fā)功能

當(dāng)嘗試編寫并發(fā)功能時(shí)，有兩個(gè)并發(fā)概念：

• 通過(guò)Send trait表明實(shí)現(xiàn)了Send的類型值的所有權(quán)可以在線程間傳遞。rust 幾乎所有類型都是Send, 還有一些不能Send,比如Rc<T>,它只能用于單線程，

• 通過(guò)Sync trait 表明實(shí)現(xiàn)了Sync的類型可以安全的在多個(gè)線程中擁有其值的引用。Rc<T>、RefCell<T>都不是Sync類型的。

根據(jù)這兩個(gè)概念，可以手動(dòng)創(chuàng)建用于并發(fā)功能的并發(fā)類型，在使用時(shí)需要多加小心，以維護(hù)其安全保證。文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-559088.html

到了這里，關(guān)于rust 自動(dòng)化測(cè)試、迭代器與閉包、智能指針、無(wú)畏并發(fā)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！