智能指针
指针是一个包含内存地址的变量；这个地址指向，或“指向“，一些其他数据。在 X 语言中，最常见的指针类型是我们在第 4 章中看到的引用。引用由 & 字符表示，并借用它们指向的值。除了引用数据之外，它们没有任何特殊功能。它们也没有任何开销，因此是最常用的指针类型。
相比之下，智能指针是数据结构，它们像指针一样行动，但也有额外的元数据和功能。智能指针的概念不是 X 语言独有的：它起源于 C++，并存在于其他语言中。X 语言在标准库中定义了各种智能指针，它们提供的功能超出了引用所提供的功能。为了探索一般概念，我们将看看一些不同的智能指针示例，最值得注意的是引用计数智能指针类型。这种指针允许你拥有多个数据所有者，通过跟踪所有者的数量，当没有所有者剩余时清理数据。
在 X 语言中，使用 struct 自定义类型是常见的，并且有一个关键的区别使智能指针与普通结构体不同：智能指针实现了 Deref 和 Drop trait。Deref trait 允许智能指针实例的行为类似于引用，因此你可以编写适用于引用或智能指针的代码。Drop trait 允许你自定义当智能指针实例超出作用域时运行的代码。在本章中，我们将讨论这两个 trait，并演示为什么它们对智能指针很重要。
鉴于智能指针模式是 X 语言中经常使用的设计模式，本章不会涵盖标准库中可用的每一个智能指针。许多库都有自己的智能指针，你甚至可以自己编写一些。我们将介绍标准库中最常见的智能指针：
Box<T>，用于在堆上分配值Rc<T>，一个引用计数类型，允许多重所有权Ref<T>和RefMut<T>，通过RefCell<T>访问，它在运行时而不是编译时强制借用规则
此外，我们将介绍内部可变性模式，其中不可变类型公开了一个用于改变内部值的 API。我们还将讨论引用循环：它们如何泄漏内存以及如何防止它们。
让我们开始吧！
使用 Box 指向堆上的数据
最直接的智能指针是 box，其类型写为 Box<T>。Box 允许你将数据存储在堆上，而不是栈上。栈上剩下的是指向堆上数据的指针。
让我们看看 Box<T> 是什么样的：
let b = Box::new(5)
println("b = {}", b)
我们使用 Box::new 定义了变量 b，它包含值 5。这段代码会打印 b = 5；在这种情况下，我们可以像访问栈上的数据一样访问 box 中的数据。与任何拥有的值一样，当 box 超出作用域时（就像在 main 结束时 b 一样），它将被释放。释放发生在 box（存储在栈上）和它指向的数据（存储在堆上）上。
将单个值放在堆上不是很有用，所以你不会经常像刚才那样单独使用 box。box 有用的情况是，当你有一个类型，其大小在编译时无法知道，并且你想在需要精确大小的上下文中使用该类型值时。让我们探索这种情况。
使用 Box 允许递归类型
box 的主要用例是当你有一个可能是递归的类型时——一个可以将自身的另一个实例作为自己的一部分的类型。因为 box 有一个已知的大小，我们可以通过在递归类型定义中插入 box 来创建递归类型。
让我们探索 cons list，这是一种主要在函数式编程语言中发现的数据结构，作为递归类型的示例。除了递归情况外，我们将定义的 cons list 是一个简单的结构；我们将用它来练习使用 box。
更多关于 cons list 的信息
cons list（或“construct list“）是一个源自 Lisp 编程语言及其方言的数据结构。一个 cons list 是一个嵌套对列表；它的构造函数的传统名称（因此得名 cons list）是 cons。cons 函数接受两个参数：一个值和另一个 cons 函数，并创建一个新的 cons 函数，该函数又包含该值和另一个 cons 函数，以此类推，直到我们到达 nil 或 Nil，这是结束条件，它不包含下一个值。cons 大致翻译为“构造函数“。
这是一个包含 1、2 和 3 的 cons list 的伪代码表示，每个 cons 函数都在括号中：
(1, (2, (3, Nil)))
cons list 中的每个项目包含两个元素：当前项目的值和下一个项目。最后一个项目只包含一个名为 Nil 的值，没有下一个项目。我们通过递归调用 cons 函数来定义 cons list。我们使用特殊的 Nil 名称来指定 cons list 的结束条件。注意，这与我们在第 6 章中讨论的列表类型不同！cons list 不是现代 X 语言代码中常用的数据结构，但它是一个概念上清晰的例子，展示了 box 如何让我们定义递归类型。
让我们在示例中更详细地探索 cons list。
定义 cons list
首先，让我们定义一个包含第一个项目和下一个项目的枚举，我们称之为 List。枚举将有两个变体：Cons，它包含一个整数和一个 List，以及 Nil，表示 cons list 的结束。代码如下：
type List = Cons(integer, List) | Nil
// 这还不能编译！
等等，这段代码有一个问题：它无法编译！让我们看看为什么。如果我们尝试编译这段代码，我们会得到一个错误，说有一个“递归类型没有无限大小“。
为什么会这样？让我们想想为什么。要弄清楚 List 类型需要多少空间，X 语言会查看每个变体，看看哪个变体需要最多空间。X 语言看到 Cons 变体包含一个 integer 和一个 List，这意味着 Cons 需要 integer 的大小加上 List 的大小。为了弄清楚 List 需要多少空间，它查看它的变体，从 Cons 变体开始，依此类推，无限循环。
为了修复这个错误，我们需要给 X 语言一个关于 List 有多大的提示，通过打破递归，在其中一个变体中插入一个 box。因为 box 是一个指针，我们总是知道它需要多少空间：指针的大小不会根据它指向的数据量而变化。这意味着我们可以在 Cons 变体中放一个 Box，它指向的是下一个 List 值，而不是直接放另一个 List 值。从概念上讲，我们仍然有一个“包含“其他列表的列表，但现在这种表示是通过将 Box 放在下一个 List 前面，而不是直接包含它来实现的。
这是我们的修改：
type List = Cons(integer, Box<List>) | Nil
现在 Cons 变体将需要 integer 的大小加上 box 的大小。Nil 变体不存储任何值，所以它需要的空间比 Cons 变体少。现在我们知道 List 枚举最大需要 integer 的大小加上 box 的大小。通过使用 box，我们打破了无限递归链，因此 X 语言可以计算出存储 List 值需要多大的大小。
box 只是间接和堆分配；它们没有任何其他特殊功能，比如我们将在本章后面看到的其他智能指针。它们也没有 Deref 或 Drop trait 提供的功能，所以我们将通过查看这些 trait 以及我们如何在自定义智能指针上使用它们来继续！