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<title>`Box<T>`用于已知大小的堆上数据 - Rust 程序设计语言 简体中文版</title>
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<meta name="description" content="Rust 程序设计语言 简体中文版">
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<link rel="shortcut icon" href="favicon.png">
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<!-- Font Awesome -->
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<!-- MathJax -->
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<!-- Fetch JQuery from CDN but have a local fallback -->
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if (typeof jQuery == 'undefined') {
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document.write(unescape("%3Cscript src='jquery.js'%3E%3C/script%3E"));
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}
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</script>
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</head>
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<body class="light">
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<!-- Set the theme before any content is loaded, prevents flash -->
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<script type="text/javascript">
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var theme = localStorage.getItem('theme');
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if (theme == null) { theme = 'light'; }
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$('body').removeClass().addClass(theme);
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</script>
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<!-- Hide / unhide sidebar before it is displayed -->
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<script type="text/javascript">
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var sidebar = localStorage.getItem('sidebar');
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if (sidebar === "hidden") { $("html").addClass("sidebar-hidden") }
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else if (sidebar === "visible") { $("html").addClass("sidebar-visible") }
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</script>
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<div id="sidebar" class="sidebar">
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<ul class="chapter"><li><a href="ch01-00-introduction.html"><strong>1.</strong> 介绍</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch01-01-installation.html"><strong>1.1.</strong> 安装</a></li><li><a href="ch01-02-hello-world.html"><strong>1.2.</strong> Hello, World!</a></li></ul></li><li><a href="ch02-00-guessing-game-tutorial.html"><strong>2.</strong> 猜猜看教程</a></li><li><a href="ch03-00-common-programming-concepts.html"><strong>3.</strong> 通用编程概念</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch03-01-variables-and-mutability.html"><strong>3.1.</strong> 变量和可变性</a></li><li><a href="ch03-02-data-types.html"><strong>3.2.</strong> 数据类型</a></li><li><a href="ch03-03-how-functions-work.html"><strong>3.3.</strong> 函数如何工作</a></li><li><a href="ch03-04-comments.html"><strong>3.4.</strong> 注释</a></li><li><a href="ch03-05-control-flow.html"><strong>3.5.</strong> 控制流</a></li></ul></li><li><a href="ch04-00-understanding-ownership.html"><strong>4.</strong> 认识所有权</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch04-01-what-is-ownership.html"><strong>4.1.</strong> 什么是所有权</a></li><li><a href="ch04-02-references-and-borrowing.html"><strong>4.2.</strong> 引用 & 借用</a></li><li><a href="ch04-03-slices.html"><strong>4.3.</strong> Slices</a></li></ul></li><li><a href="ch05-00-structs.html"><strong>5.</strong> 结构体</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch05-01-method-syntax.html"><strong>5.1.</strong> 方法语法</a></li></ul></li><li><a href="ch06-00-enums.html"><strong>6.</strong> 枚举和模式匹配</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch06-01-defining-an-enum.html"><strong>6.1.</strong> 定义枚举</a></li><li><a href="ch06-02-match.html"><strong>6.2.</strong> <code>match</code>控制流运算符</a></li><li><a href="ch06-03-if-let.html"><strong>6.3.</strong> <code>if let</code>简单控制流</a></li></ul></li><li><a href="ch07-00-modules.html"><strong>7.</strong> 模块</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch07-01-mod-and-the-filesystem.html"><strong>7.1.</strong> <code>mod</code>和文件系统</a></li><li><a href="ch07-02-controlling-visibility-with-pub.html"><strong>7.2.</strong> 使用<code>pub</code>控制可见性</a></li><li><a href="ch07-03-importing-names-with-use.html"><strong>7.3.</strong> 使用<code>use</code>导入命名</a></li></ul></li><li><a href="ch08-00-common-collections.html"><strong>8.</strong> 通用集合类型</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch08-01-vectors.html"><strong>8.1.</strong> vector</a></li><li><a href="ch08-02-strings.html"><strong>8.2.</strong> 字符串</a></li><li><a href="ch08-03-hash-maps.html"><strong>8.3.</strong> 哈希 map</a></li></ul></li><li><a href="ch09-00-error-handling.html"><strong>9.</strong> 错误处理</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch09-01-unrecoverable-errors-with-panic.html"><strong>9.1.</strong> <code>panic!</code>与不可恢复的错误</a></li><li><a href="ch09-02-recoverable-errors-with-result.html"><strong>9.2.</strong> <code>Result</code>与可恢复的错误</a></li><li><a href="ch09-03-to-panic-or-not-to-panic.html"><strong>9.3.</strong> <code>panic!</code>还是不<code>panic!</code></a></li></ul></li><li><a href="ch10-00-generics.html"><strong>10.</strong> 泛型、trait 和生命周期</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch10-01-syntax.html"><strong>10.1.</strong> 泛型数据类型</a></li><li><a href="ch10-02-traits.html"><strong>10.2.</strong> trait：定义共享的行为</a></li><li><a href="ch10-03-lifetime-syntax.html"><strong>10.3.</strong> 生命周期与引用有效性</a></li></ul></li><li><a href="ch11-00-testing.html"><strong>11.</strong> 测试</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch11-01-writing-tests.html"><strong>11.1.</strong> 编写测试</a></li><li><a href="ch11-02-running-tests.html"><strong>11.2.</strong> 运行测试</a></li><li><a href="ch11-03-test-organization.html"><strong>11.3.</strong> 测试的组织结构</a></li></ul></li><li><a href="ch12-00-an-io-project.html"><strong>12.</strong> 一个 I/O 项目</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch12-01-accepting-command-line-arguments.html"><strong>12.1.</strong> 接受命令行参数</a></li><li><a href="ch12-02-reading-a-file.html"><strong>12.2.</strong> 读取文件</a></li><li><a href="ch12-03-improving-error-handling-and-modularity.html"><strong>12.3.</strong> 增强错误处理和模块化</a></li><li><a href="ch12-04-testing-the-librarys-functionality.html"><strong>12.4.</strong> 测试库的功能</a></li><li><a href="ch12-05-working-with-environment-variables.html"><strong>12.5.</strong> 处理环境变量</a></li><li><a href="ch12-06-writing-to-stderr-instead-of-stdout.html"><strong>12.6.</strong> 输出到<code>stderr</code>而不是<code>stdout</code></a></li></ul></li><li><a href="ch13-00-functional-features.html"><strong>13.</strong> Rust 中的函数式语言功能</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch13-01-closures.html"><strong>13.1.</strong> 闭包</a></li><li><a href="ch13-02-iterators.html"><strong>13.2.</strong> 迭代器</a></li><li><a href="ch13-03-improving-our-io-project.html"><strong>13.3.</strong> 改进 I/O 项目</a></li><li><a href="ch13-04-performance.html"><strong>13.4.</strong> 性能</a></li></ul></li><li><a href="ch14-00-more-about-cargo.html"><strong>14.</strong> 更多关于 Cargo 和 Crates.io</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch14-01-release-profiles.html"><strong>14.1.</strong> 发布配置</a></li><li><a href="ch14-02-publishing-to-crates-io.html"><strong>14.2.</strong> 将 crate 发布到 Crates.io</a></li><li><a href="ch14-03-cargo-workspaces.html"><strong>14.3.</strong> Cargo 工作空间</a></li><li><a href="ch14-04-installing-binaries.html"><strong>14.4.</strong> 使用<code>cargo install</code>从 Crates.io 安装文件</a></li><li><a href="ch14-05-extending-cargo.html"><strong>14.5.</strong> Cargo 自定义扩展命令</a></li></ul></li><li><a href="ch15-00-smart-pointers.html"><strong>15.</strong> 智能指针</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch15-01-box.html" class="active"><strong>15.1.</strong> <code>Box<T></code>用于已知大小的堆上数据</a></li><li><a href="ch15-02-deref.html"><strong>15.2.</strong> <code>Deref</code> Trait 允许通过引用访问数据</a></li><li><a href="ch15-03-drop.html"><strong>15.3.</strong> <code>Drop</code> Trait 运行清理代码</a></li><li><a href="ch15-04-rc.html"><strong>15.4.</strong> <code>Rc<T></code> 引用计数智能指针</a></li><li><a href="ch15-05-interior-mutability.html"><strong>15.5.</strong> <code>RefCell<T></code>和内部可变性模式</a></li><li><a href="ch15-06-reference-cycles.html"><strong>15.6.</strong> 引用循环和内存泄漏是安全的</a></li></ul></li><li><a href="ch16-00-concurrency.html"><strong>16.</strong> 无畏并发</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch16-01-threads.html"><strong>16.1.</strong> 线程</a></li><li><a href="ch16-02-message-passing.html"><strong>16.2.</strong> 消息传递</a></li><li><a href="ch16-03-shared-state.html"><strong>16.3.</strong> 共享状态</a></li><li><a href="ch16-04-extensible-concurrency-sync-and-send.html"><strong>16.4.</strong> 可扩展的并发：<code>Sync</code>和<code>Send</code></a></li></ul></li><li><a href="ch17-00-oop.html"><strong>17.</strong> 面向对象</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch17-01-what-is-oo.html"><strong>17.1.</strong> 什么是面向对象</a></li></ul></li></ul>
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<i id="sidebar-toggle" class="fa fa-bars"></i>
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<i id="theme-toggle" class="fa fa-paint-brush"></i>
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<h1 class="menu-title">Rust 程序设计语言 简体中文版</h1>
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<i id="print-button" class="fa fa-print" title="Print this book"></i>
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<div id="content" class="content">
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<a class="header" href="#boxt用于已知大小的堆上数据" name="boxt用于已知大小的堆上数据"><h2><code>Box<T></code>用于已知大小的堆上数据</h2></a>
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<blockquote>
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<p><a href="https://github.com/rust-lang/book/blob/master/second-edition/src/ch15-01-box.md">ch15-01-box.md</a>
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<br>
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commit 85b2c9ac704c9dc4bbedb97209d336afb9809dc1</p>
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</blockquote>
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<p>最简单直接的智能指针是 <em>box</em>，它的类型是<code>Box<T></code>。 box 允许你将一个单独的值放在堆上（第四章介绍或栈与堆）。列表 15-1 展示了如何使用 box 在堆上储存一个<code>i32</code>：</p>
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<p><span class="filename">Filename: src/main.rs</span></p>
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<pre><code class="language-rust">fn main() {
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let b = Box::new(5);
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println!("b = {}", b);
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}
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</code></pre>
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<p><span class="caption">Listing 15-1: Storing an <code>i32</code> value on the heap using a
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box</span></p>
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<p>这会打印出<code>b = 5</code>。在这个例子中，我们可以像数据是储存在栈上的那样访问 box 中的数据。正如任何拥有数据所有权的值那样，当像<code>b</code>这样的 box 在<code>main</code>的末尾离开作用域时，它将被释放。这个释放过程作用于 box 本身（位于栈上）和它所指向的数据（位于堆上）。</p>
|
||
<p>将一个单独的值存放在堆上并不是很有意义，所以像列表 15-1 这样单独使用 box 并不常见。一个 box 的实用场景是当你希望确保类型有一个已知大小的时候。例如，考虑一下列表 15-2，它是一个用于 <em>cons list</em> 的枚举定义，这是一个来源于函数式编程的数据结构类型。注意它还不能编译：</p>
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<p><span class="filename">Filename: src/main.rs</span></p>
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<pre><code class="language-rust,ignore">enum List {
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Cons(i32, List),
|
||
Nil,
|
||
}
|
||
</code></pre>
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<p><span class="caption">Listing 15-2: The first attempt of defining an enum to
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represent a cons list data structure of <code>i32</code> values</span></p>
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<p>我们实现了一个只存放<code>i32</code>值的 cons list。也可以选择实用第十章介绍的泛型来实现一个类型无关的 cons list。</p>
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<blockquote>
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<a class="header" href="#cons-list-的更多内容" name="cons-list-的更多内容"><h4>cons list 的更多内容</h4></a>
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<p><em>cons list</em> 是一个来源于 Lisp 编程语言及其方言的数据结构。在 Lisp 中，<code>cons</code>函数（"construct function"的缩写）利用两个参数来构造一个新的列表，他们通常是一个单独的值和另一个列表。</p>
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<p>cons 函数的概念涉及到更通用的函数式编程术语；“将 x 与 y 连接”通常意味着构建一个新的容器而将 x 的元素放在新容器的开头，其后则是容器 y 的元素。</p>
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||
<p>cons list 通过递归调用<code>cons</code>函数产生。代表递归的 base case 的规范名称是<code>Nil</code>，它宣布列表的终止。注意这不同于第六章中的"null"或"nil"的概念，他们代表无效或缺失的值。</p>
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</blockquote>
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<p>cons list 是一个每个元素和之后的其余部分都只包含一个值的列表。列表的其余部分由嵌套的 cons list 定义。其结尾由值<code>Nil</code>表示。cons list 在 Rust 中并不常见；通常<code>Vec<T></code>是一个更好的选择。实现这个数据结构是<code>Box<T></code>实用性的一个好的例子。让我们看看为什么！</p>
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||
<p>使用 cons list 来储存列表<code>1, 2, 3</code>将看起来像这样：</p>
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<pre><code class="language-rust,ignore">use List::{Cons, Nil};
|
||
|
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fn main() {
|
||
let list = Cons(1, Cons(2, Cons(3, Nil)));
|
||
}
|
||
</code></pre>
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||
<p>第一个<code>Cons</code>储存了<code>1</code>和另一个<code>List</code>值。这个<code>List</code>是另一个包含<code>2</code>的<code>Cons</code>值和下一个<code>List</code>值。这又是另一个存放了<code>3</code>的<code>Cons</code>值和最后一个值为<code>Nil</code>的<code>List</code>，非递归成员代表了列表的结尾。</p>
|
||
<p>如果尝试编译上面的代码，会得到如列表 15-3 所示的错误：</p>
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<pre><code>error[E0072]: recursive type `List` has infinite size
|
||
-->
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||
|
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||
1 | enum List {
|
||
| _^ starting here...
|
||
2 | | Cons(i32, List),
|
||
3 | | Nil,
|
||
4 | | }
|
||
| |_^ ...ending here: recursive type has infinite size
|
||
|
|
||
= help: insert indirection (e.g., a `Box`, `Rc`, or `&`) at some point to
|
||
make `List` representable
|
||
</code></pre>
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||
<p><span class="caption">Listing 15-3: The error we get when attempting to define
|
||
a recursive enum</span></p>
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<p>错误表明这个类型“有无限的大小”。为什么呢？因为<code>List</code>的一个成员被定义为递归的：它存放了另一个相同类型的值。这意味着 Rust 无法计算为了存放<code>List</code>值到底需要多少空间。让我们一点一点的看：首先了解一下 Rust 如何决定需要多少空间来存放一个非递归类型。回忆一下第六章讨论枚举定义时的列表 6-2 中定义的<code>Message</code>枚举：</p>
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<pre><code class="language-rust">enum Message {
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||
Quit,
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||
Move { x: i32, y: i32 },
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||
Write(String),
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||
ChangeColor(i32, i32, i32),
|
||
}
|
||
</code></pre>
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||
<p>当 Rust 需要知道需要为<code>Message</code>值分配多少空间时，它可以检查每一个成员并发现<code>Message::Quit</code>并不需要任何空间，<code>Message::Move</code>需要足够储存两个<code>i32</code>值的空间，依此类推。因此，<code>Message</code>值所需的最大空间等于储存其最大成员的空间大小。</p>
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||
<p>与此相对当 Rust 编译器检查像列表 15-2 中的<code>List</code>这样的递归类型时会发生什么呢。编译器尝试计算出储存一个<code>List</code>枚举需要多少内存，并开始检查<code>Cons</code>成员，那么<code>Cons</code>需要的空间等于<code>i32</code>的大小加上<code>List</code>的大小。为了计算<code>List</code>需要多少内存，它检查其成员，从<code>Cons</code>成员开始。<code>Cons</code>成员储存了一个<code>i32</code>值和一个<code>List</code>值，这样的计算将无限进行下去，如图 15-4 所示：</p>
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<p><img alt="An infinite Cons list" src="img/trpl15-01.svg" class="center" style="width: 50%;" /></p>
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<p><span class="caption">Figure 15-4: An infinite <code>List</code> consisting of infinite
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<code>Cons</code> variants</span></p>
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<p>Rust 无法计算出要为定义为递归的类型分配多少空间，所以编译器给出了列表 15-3 中的错误。这个错误也包括了有用的建议：</p>
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<pre><code class="language-text">= help: insert indirection (e.g., a `Box`, `Rc`, or `&`) at some point to
|
||
make `List` representable
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||
</code></pre>
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||
<p>因为<code>Box<T></code>是一个指针，我们总是知道它需要多少空间：指针需要一个<code>usize</code>大小的空间。这个<code>usize</code>的值将是堆数据的地址。而堆数据可以是任意大小，不过开始这个堆数据的地址总是能放进一个<code>usize</code>中。所以如果将列表 15-2 的定义修改为像这里列表 15-5 中的定义，并修改<code>main</code>函数为<code>Cons</code>成员中的值使用<code>Box::new</code>：</p>
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<p><span class="filename">Filename: src/main.rs</span></p>
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<pre><code class="language-rust">enum List {
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Cons(i32, Box<List>),
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Nil,
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}
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use List::{Cons, Nil};
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fn main() {
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let list = Cons(1,
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Box::new(Cons(2,
|
||
Box::new(Cons(3,
|
||
Box::new(Nil))))));
|
||
}
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</code></pre>
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<p><span class="caption">Listing 15-5: Definition of <code>List</code> that uses <code>Box<T></code> in
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order to have a known size</span></p>
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<p>这样编译器就能够计算出储存一个<code>List</code>值需要的大小了。Rust 将会检查<code>List</code>，同样的从<code>Cons</code>成员开始检查。<code>Cons</code>成员需要<code>i32</code>的大小加上一个<code>usize</code>的大小，因为 box 总是<code>usize</code>大小的，不管它指向的是什么。接着 Rust 检查<code>Nil</code>成员，它并储存一个值，所以<code>Nil</code>并不需要任何空间。我们通过 box 打破了这无限递归的连锁。图 15-6 展示了现在<code>Cons</code>成员看起来像什么：</p>
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<p><img alt="A finite Cons list" src="img/trpl15-02.svg" class="center" /></p>
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<p><span class="caption">Figure 15-6: A <code>List</code> that is not infinitely sized since
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<code>Cons</code> holds a <code>Box</code></span></p>
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<p>这就是 box 主要应用场景：打破无限循环的数据结构以便编译器可以知道其大小。第十七章讨论 trait 对象时我们将了解另一个 Rust 中会出现未知大小数据的情况。</p>
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<p>虽然我们并不经常使用 box，他们也是一个了解智能指针模式的好的方式。<code>Box<T></code>作为智能指针经常被使用的两个方面是他们<code>Deref</code>和<code>Drop</code> trait 的实现。让我们研究这些 trait 如何工作以及智能指针如何利用他们。</p>
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<a href="ch15-00-smart-pointers.html" class="mobile-nav-chapters previous">
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<i class="fa fa-angle-left"></i>
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<a href="ch15-02-deref.html" class="mobile-nav-chapters next">
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<i class="fa fa-angle-right"></i>
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<a href="ch15-00-smart-pointers.html" class="nav-chapters previous" title="You can navigate through the chapters using the arrow keys">
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<i class="fa fa-angle-left"></i>
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<a href="ch15-02-deref.html" class="nav-chapters next" title="You can navigate through the chapters using the arrow keys">
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<i class="fa fa-angle-right"></i>
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<!-- Local fallback for Font Awesome -->
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<script>
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if ($(".fa").css("font-family") !== "FontAwesome") {
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$('<link rel="stylesheet" type="text/css" href="_FontAwesome/css/font-awesome.css">').prependTo('head');
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}
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</script>
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<!-- Livereload script (if served using the cli tool) -->
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<script src="highlight.js"></script>
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<script src="book.js"></script>
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</body>
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</html>
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