为什么 Rust 中的 Cell 只能用于 Copy 而不能用于 Clone 类型？

Question

Rust 标准库的文档指出 Cell 只能用于 Copy 类型，在所有其他情况下应该使用 RefCell，但没有准确解释为什么。

在研究了 Cell 和 RefCell 的文档和代码之后，唯一重要的一点似乎是 Cell 的 get 函数。如果该值是 Copy 类型，那么就可以 return 这样的副本。但为什么克隆不够好？

可以直接在RefCell之上实现set函数：

fn set<T>(r: &RefCell<T>, v: T) {
    *r.borrow_mut() = v
}

这只有在没有其他人持有该值的引用时才有效。但是如果这个值可以被克隆，那么就可以做到这一点：

fn get<T: Clone>(r: &RefCell<T>) -> T {
    r.borrow().clone()
}

像 Cell 这样的类型与 Clone 类型一起工作可以避免运行次借用检查的开销。我在这里遗漏了什么吗？

Answer 1

这是我的意见，但我不能直接将其与存在此类限制的真正原因联系起来。

我认为副本是 "cheap"（例如复制少量位），克隆是 "expensive"（例如进行函数调用或更改数据）。如果这样的单元格使用 Clone，它将 强制要求 在每次使用时复制基础值 (cell.get())。例如，使用 CloneCell<Vec<T>> 意味着每个 cell.get() 都 需要调用内存分配器 。这不是个好主意。

因此，限制 Copy 类型可能是一种引导人们避免搬起石头砸自己脚的方法。

Answer 2

这是不健全的。 DK 的评论。是在正确的轨道上，但你甚至不需要恐慌就可以造成破坏。一个有问题的场景是这样的：

单元格（连同 Option）允许创建循环，即自引用类型
Clone 实现获得 &self 引用
在存在循环的情况下，Clone 实现可能因此访问正在克隆的单元格
因此被克隆的对象可以覆盖自己，同时它有一个普通的借用给自己（即，&self）
借用时覆盖是不合理的，因为它允许任意类型的双关语和其他不良行为。例如，假设有一个 Result<T, E> 字段最初是 Ok(T)，引用里面的 T 并用 Err(R) 覆盖 Result。然后 &T 突然引用了一个 E 值。

此示例归功于 Huon Wilson，请参阅 user.rust-lang.org 线程 Why does Cell require Copy instead of Clone?。他的文章深入探讨了这些限制的更多结构性原因，还包括一个完整的代码示例。

Answer 3

接受的答案仍然是完全正确的（而且很吸引人），但我想提一下 Cell 在 Rust 1.17 中获得的一些额外工具，它们不需要内容 Copy:

Cell::swap 交换两个单元格的内容。
Cell::replace 将新值放入单元格，returns 旧值。
Cell::take 类似于 replace，使用 Default::default() 值。

请注意此处与 mem::swap、mem::replace 和 mem::take 的相似之处。（尽管实际上最后一个直到 Rust 1.40 才稳定下来。）Cell 方法有效地做同样的事情，但它们通过共享引用而不是需要可变引用来工作。

对于实现 Default 的类型，我们可以使用 Cell::take 来完成与 .clone() 非常相似的事情，只是多了几个步骤：

fn clone_from_cell<T>(cell: &Cell<T>) -> T
where
    T: Clone + Default,
{
    let val: T = cell.take();
    let clone: T = val.clone();
    cell.set(val);
    clone
}

并且对于实现 Clone 而不是 Default 的类型（有点不常见，但是例如 NonZeroU32），请注意 Option<T> 实现 Default 无论如何T，因此 Cell<Option<T>> 可以使用该函数“克隆”任何 T。

为什么 Rust 中的 Cell 只能用于 Copy 而不能用于 Clone 类型？

Why can Cell in Rust only be used for Copy and not Clone types?

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