铁锈语言之盒子

铁锈语言没有提供其它语言常见的普通指针类型，用户不能直接查看和操作内存地址。对应地，铁锈语言提供了“智能指针”，用来安全地指引和操作保存在堆上的数据。盒子是铁锈语言提供的最通用的“智能指针”。它在内存中的形象类似铁锈的字符串类型：

即：

类型本身是一个结构体，大小已知且固定，保存在栈上；
结构体中含有一个指针，保存了堆上某个数据的地址；
除了这个保存地址的指针字段，结构体中还包含了元数据字段。

实际上铁锈的字符串类型也是一个智能指针，不过它专注于承载和处理字符串。而盒子是一个 通用的 智能指针类型。

盒子的基本用法：

let b = Box::new(5);
println!("b = {}", b);

数据 5 并没有像往常一样保存在栈，而是保存在了堆上。通过盒子变量 b 即可引用该数值。盒子变量在离开其作用域后，随即连同其指引的堆上的数据一起被自动回收。

实现递归定义

在之前的一篇文章中提到，枚举值不能绑定自身枚举类型。

铁锈语言的堆和栈 铁锈语言对堆和栈的使用特别在意。栈的结构特点可以帮助铁锈语言实现对于数据 所有权 的管理，比如创建、跟踪和释放的顺序。并且，由于栈上各个数据的大小是固定已知的，用地址位移去访问栈的速度比通过层层寻址访问堆上数据更快。另外，就是内存分配，在栈上分配已知大小的内存空间更方便。在堆上分配空间，要考虑很多问题，比如寻找足够大的空间、持续维护、回收等等。因此，铁锈语言在创建数据的时候，默认都是创建在栈上。除非程序员主动要求将数据保存在堆上，然后用合适的智能指针来指引和管理。根据这个原则，铁锈语言要求在定义类型的时候，类型的大小必须是已知的。

如果类型是递归定义的，那么它的大小便是未知的。通过利用盒子，我们便可以将未知变为已知。下面看例子。

#[derive(Debug)]
enum MyEnum {
    A(MyEnum),
    B,
}

let a = MyEnum::A(MyEnum::B);

编译期错误信息：

enum MyEnum {
  | ^^^^^^^^^^^ recursive type has infinite size
4 |     A(MyEnum),
  |       ------ recursive without indirection

这样做便可以成功：

#[derive(Debug)]
enum MyEnum {
    A(Box<MyEnum>),
    B,
}

let a = MyEnum::A(Box::new(MyEnum::B));
println!("{:?}", a); // => "A(B)"

这样，枚举值 A 中，可以保存和取出同样枚举类型的枚举值 B。这个例子可以几乎无限地在枚举值 A 中内嵌新的枚举值 A（当然最后需要用个 B 作为最里层内嵌值结束）。

在这个枚举类型的定义中，使用盒子代替了实际的内嵌类型，从而使得整个数据类型的大小已知和固定。这样编译器就知道在创建数据的时候，如何分配空间。