RefCell<T>

本集目標

學會用 RefCell<T> 在執行時期檢查借用規則，搭配 Rc 實現可變的共享資料。

概念說明

上一集學了 Cell<T>，但它的 .get() 要求 T 必須是 Copy。如果你想修改 String 或 Vec，並借用裡面的值來讀寫呢？

RefCell：執行時期的借用檢查

RefCell<T> 和 Cell 類似——讓你在不需要 &mut 的情況下修改值。差別在於：

• Cell<T>：用 .get() / .set()；其中 .get() 要求 T 必須是 Copy，而且是零成本（編譯後和直接存取沒有差別）。
• RefCell<T>：用 .borrow() 和 .borrow_mut() 取得用起來類似共享參考和可變參考的值，T 不需要 Copy，但有執行時期成本（每次借用都要檢查有沒有違反規則）。

use std::cell::RefCell;

fn main() {
    let x = RefCell::new(String::from("hello"));
    x.borrow_mut().push_str(" world"); // 修改裡面的 String
    println!("{}", x.borrow());        // 借用來讀
}

執行時期檢查

普通的 & 和 &mut 是在編譯時期檢查借用規則。RefCell 把這個檢查移到了執行時期。規則一模一樣（一個 &mut 或多個 &），只是違反時不是編譯錯誤，而是 panic。

#![allow(unused_variables)]

use std::cell::RefCell;

fn main() {
    let x = RefCell::new(42);
    let a = x.borrow();     // 不可變借用
    let b = x.borrow_mut(); // panic！已經有不可變借用了
}

所以 RefCell 不是「繞過」借用規則，而是「延後檢查」。

Rc + RefCell：可變的共享資料

Rc<T> 提供的是共享的讀取：好幾個 Rc 值可以讀同一份資料，但不能改。RefCell<T> 提供的是內部可變性：只有共享參考也能改，但要讓好幾個地方都拿得到，還是得靠 Rc。把它們組合起來：

use std::rc::Rc;
use std::cell::RefCell;

fn main() {
    let shared = Rc::new(RefCell::new(vec![1, 2, 3]));
}

這樣好幾個 Rc 值就共享同一份資料，而且透過 borrow_mut() 可以修改它。

範例程式碼

use std::cell::RefCell;
use std::rc::Rc;

fn main() {
    // 基本的 RefCell 用法
    let data = RefCell::new(String::from("hello"));

    // 不可變借用
    {
        let borrowed = data.borrow();
        println!("讀取：{}", borrowed);
    } // borrowed 離開作用域，釋放借用

    // 可變借用
    {
        let mut borrowed_mut = data.borrow_mut();
        borrowed_mut.push_str(" world");
    } // borrowed_mut 離開作用域，釋放借用

    println!("修改後：{}", data.borrow());

    // 違反借用規則 → panic！
    // 取消下面的註解就會在執行時 panic
    // {
    //     let r1 = data.borrow();      // 不可變借用
    //     let r2 = data.borrow_mut();  // 同時可變借用 → panic!
    // }

    // Rc + RefCell：可變的共享資料
    let shared = Rc::new(RefCell::new(vec![1, 2, 3]));

    let a = shared.clone();
    let b = shared.clone();

    // 透過 a 修改
    a.borrow_mut().push(4);

    // 透過 b 也能看到修改
    println!("透過 b 讀取：{:?}", b.borrow());

    // 透過 b 修改
    b.borrow_mut().push(5);

    // 透過 a 也能看到
    println!("透過 a 讀取：{:?}", a.borrow());
}

重點整理

• RefCell<T> 和 Cell 類似——讓你在不需要 &mut 的情況下修改值。
• RefCell<T> 把借用規則的檢查從編譯時期移到執行時期。
• .borrow() 取得用起來類似共享參考的值，.borrow_mut() 取得用起來類似可變參考的值。
• .borrow() 和 .borrow_mut() 不要求 T 必須是 Copy，這和 Cell<T> 的 .get() 不同。
• Cell 是零成本的，但 RefCell 每次借用都有執行時期檢查的開銷。
• 違反借用規則時會 panic（不是編譯錯誤）。
• Rc<RefCell<T>> 組合：可變的共享資料。