【问题标题】：When I can use either Cell or RefCell, which should I choose?当我可以使用 Cell 或 RefCell 时，我应该选择哪个？
【发布时间】：2015-05-16 13:01:53
【问题描述】：

从std::cell documentation，我看到Cell“仅与实现Copy 的类型兼容”。这意味着我必须将RefCell 用于非Copy 类型。

当我确实拥有Copy 类型时，使用一种类型的单元格比使用另一种类型的单元格有什么好处吗？我认为答案是“是”，否则这两种类型都不存在！使用一种类型相对于另一种类型有哪些好处和权衡？

这是一个愚蠢的虚构示例，它同时使用 Cell 和 RefCell 来实现相同的目标：

use std::cell::{Cell,RefCell};

struct ThingWithCell {
    counter: Cell<u8>,
}

impl ThingWithCell {
    fn new() -> ThingWithCell {
        ThingWithCell { counter: Cell::new(0) }
    }

    fn increment(&self) {
        self.counter.set(self.counter.get() + 1);
    }

    fn count(&self) -> u8 { self.counter.get() }
}

struct ThingWithRefCell {
    counter: RefCell<u8>,
}

impl ThingWithRefCell {
    fn new() -> ThingWithRefCell {
        ThingWithRefCell { counter: RefCell::new(0) }
    }

    fn increment(&self) {
        let mut counter = self.counter.borrow_mut();
        *counter = *counter + 1;
    }

    fn count(&self) -> u8 { *self.counter.borrow_mut() }
}


fn main() {
    let cell = ThingWithCell::new();
    cell.increment();
    println!("{}", cell.count());

    let cell = ThingWithRefCell::new();
    cell.increment();
    println!("{}", cell.count());
}

【问题讨论】：

标签： rust

【解决方案1】：

我认为考虑Cell 和RefCell 之间的其他语义差异很重要：

Cell 为您提供价值，RefCell 提供参考
Cell 永远不会恐慌，RefCell 会恐慌

让我们想象一下这些差异很重要的情况：

let cell = Cell::new(foo);
{
    let mut value = cell.get();
    // do some heavy processing on value
    cell.set(value);
}

在这种情况下，如果我们想象一些具有大量回调的复杂工作流并且cell 是全局状态的一部分，那么cell 的内容可能会被修改为“重处理”，当value被写回到cell时，这些潜在的变化将会丢失。

另一方面，类似的代码使用RefCell：

let cell = RefCell::new(foo);
{
    let mut_ref = cell.borrow_mut().unwrap();
    // do some heavy processing on mut_ref
}

在这种情况下，任何对cell 的修改作为“繁重处理”的副作用都是被禁止的，并且会导致恐慌。因此，您可以确定cell 的值不会在不使用mut_ref 的情况下发生变化

我会根据它所持有的值的语义来决定使用哪个，而不是简单地使用 Copy 特征。如果两者都可以接受，那么Cell 比另一个更轻、更安全，因此更可取。

【讨论】：

您可以使用RefCell 获得值语义：克隆初始状态，对其进行处理，然后将修改后的状态写回到最后的单元格中。
@MatthieuM。但是您无法使用Cell 获得参考语义，对吗？
@Shepmaster：嗯，你可以参考Cell。如果你想引用该值，你可以使用它的UnsafeCell 成分，UnsafeCell 可以给你一个指向引用值的指针......但它是不安全的（根据名称）。所以，不，Cell 不是用来操纵引用的；否则就不安全了，因为它会破坏借款支票。
@MatthieuM。实际上，RefCell 允许您获取只有 Clone 而不是 Copy 的数据的值语义，只要它没有在其他地方借用。但是，它还允许您在 Copy 数据上强制引用语义，这是我的观点，因为问题是假设类型是 Copy。

【解决方案2】：

如果可以的话，你应该使用Cell。

Cell 根本不使用运行时检查。它所做的只是一个不允许别名的封装，并告诉编译器它是一个内部可变槽。在大多数情况下，它应该编译为与没有单元格包装的类型完全相同的代码。

相比之下，RefCell 在运行时使用一个简单的使用计数器来检查借用与可变借用，如果您违反了可变借用的排他性，该检查可能会在运行时导致恐慌。可能的恐慌可能是优化的障碍。

至少还有一个区别。 Cell 永远不会让您获得指向存储值本身的指针。因此，如果您需要，RefCell 是唯一的选择。

【讨论】：

在哪里可以了解有关它如何禁止别名的更多信息？它可以用它来声明它为noalias吗？ github.com/rust-lang/rust/issues/31681 似乎暗示了来自 &mut 指针的相关功能。但是任何unsafe 都不能阻止潜在的别名吗？如果我写了一个unsafe 块，我是否要确保我不创建别名引用或取消引用任何在某处为Cell 别名的东西？
它如何禁止别名：它不允许您获得对单元格 in 值的引用（因此根本没有指针）。最后一个问题很容易回答：是的，这取决于你，不安全的块是一个明确的“信任程序员”逃生口。俗话说unsafe块不是用来打破Rust的不变量，而是手动维护它们。
是我自己还是 unsafe 块的责任的特定方面真的很微妙？
不惜一切代价避免unsafe的原因有很多。您将自己置于对其中一个负责的位置，另一个很好的理由是，对不安全代码块的要求正式化的工作尚未完成！这是对程序员模式的信任，在我们通常希望编译器检查我们的工作的语言中。
请注意，别名的原因通常是通过一个指针写入，而另一个指针假设指针对象不变。只是没有任何写入的指针相等不是我们所想的。

【解决方案3】：

TL; DR：Cell 尽可能。

长答案：Cell 和 RefCell 具有相似的名称，因为它们都允许内部可变性，但它们的用途不同：

`Cell`

它是T 的包装器，禁止一次多次共享它：您不能一成不变地借用内部数据。这个包装器没有任何开销，但是由于这个限制，你只能做以下操作：

设置内部值，
用其他东西交换内部值，
复制内部值（仅当T 为Copyable 时）。

由于其限制，Cell 的行为类似于独占借用，aka &mut T。因此，更改内部值始终是安全的。总结一下：

优势：没有开销
优点：总是可变的
限制：有些操作是不可能的

`RefCell`

它是T 的包装器，它“删除”了编译时借用检查：修改内部值的操作将&self 共享引用到RefCell。通常，这是不安全的，但每个修改操作首先验证该值之前没有被借用。可变借用的排他性在运行时进行验证。

总结一下：

限制：非常小的开销
限制：并不总是可变的，如果它以前可变地借用（请注意，在这种情况下某些操作可能会出现恐慌）
优势：你可以做的操作不受限制

你应该选择什么？

优势和局限是互为镜像的。您的问题的答案是：如果Cell 的限制不打扰您，请使用它，因为除此之外，它只有优点。但是，如果您想要更灵活的内部可变性，请使用 RefCell。

【讨论】：