`Rc<T>`

本集目標

學會用 Rc<T> 讓多個擁有者共享同一份資料，理解參考計數的原理。

概念說明

上一集學了 Box<T>——一個保險箱只有一把鑰匙，一個擁有者。但有時候你需要多個擁有者共享同一份資料。

問題：一個值只能有一個擁有者

fn main() {
    let a = Box::new(String::from("hello"));
    let b = a; // move！a 不能再用了
}

如果你希望 a 和 b 都能用這個值，怎麼辦？

你可能會想：「那 clone 一份不就好了？」

fn main() {
    let a = Box::new(String::from("hello"));
    let b = a.clone(); // 複製了整個 String 的內容
}

這確實能讓 a 和 b 都能用。但問題是——clone 是真的把 heap 上的資料完整複製了一份。如果資料很大（比如一個很長的 Vec），每次 clone 都是一筆不小的開銷。而且 a 和 b 指向的是兩份獨立的資料，改了 a 不會影響 b。

如果你需要的是「多個人共享同一份資料」，Box 的 clone 就不是正確的工具了。

`Rc`：參考計數

還記得第四章的保險箱比喻嗎？Rust 預設的規則是「一個保險箱只有一把鑰匙」——這就是所有權。但 Rc<T> 打破了這個預設：它讓你配好幾把鑰匙，都能打開同一個保險箱。

Rc<T>（reference counting）用一個「計數器」來追蹤目前有幾把鑰匙：

建立 Rc 時，計數 = 1
.clone() 時，計數 +1（不會複製資料，只是增加計數）
某個 Rc 離開作用域時，計數 -1
計數歸零時，資料才會被真正釋放

`Rc` 的 `.clone()` 不是深度複製

對 Rc 呼叫 .clone() 和我們之前學的 .clone() 不一樣——它不會複製裡面的資料，只是增加參考計數。所以速度很快，成本很低。

Rc 的 clone 不是用 #[derive(Clone)] 產生的，而是標準庫自己手動實作的。如果用 derive，它會深度複製裡面的資料；但 Rc 的 clone 只是增加計數器，行為完全不同。

`Rc` 是唯讀的

Rc<T> 只提供不可變的存取——所有擁有者都只能讀，不能改。如果需要可以改，之後會學 RefCell。

等等，第四章不是說多把鑰匙會有問題嗎？

第四章說一個保險箱只有一把鑰匙。那 Rc 怎麼能配好幾把？有兩件事要知道：

計數器的代價：Rc 內部有一個計數器來追蹤目前有幾把鑰匙，這樣才知道什麼時候該銷毀保險箱。這個計數器在每次 clone 和 drop 時都要更新，是 Box 沒有的額外開銷。Box 保證只有一把鑰匙，離開作用域就銷毀，不需要計數——Rc 並不是像 Box 那樣基本的操作，而是用額外的機制換來「多個擁有者」的能力
使用上的限制：未來講到多執行緒的時候會提到，Rc 事實上也無法在某些情況下避免資料競爭，因此有使用上的限制。這裡先知道就好

換句話說，Rust 原生的所有權規則就是「一把鑰匙」——這是語言層面的保證，零成本。Rc 的「多把鑰匙」是用計數器在執行時期模擬出來的，繞過了原生的限制，但也因此有額外的成本和限制。能用 Box 就用 Box，需要共享時才用 Rc。

範例程式碼

use std::rc::Rc;

fn main() {
    // 建立 Rc，計數 = 1
    let a = Rc::new(String::from("共享的資料"));
    println!("建立 a，計數 = {}", Rc::strong_count(&a));

    // clone 只是增加計數，不複製資料
    let b = a.clone();
    println!("clone 給 b，計數 = {}", Rc::strong_count(&a));

    let c = a.clone();
    println!("clone 給 c，計數 = {}", Rc::strong_count(&a));

    // a, b, c 都可以讀取
    println!("a = {}", a);
    println!("b = {}", b);
    println!("c = {}", c);

    {
        let d = a.clone();
        println!("在作用域裡，計數 = {}", Rc::strong_count(&a));
    } // d 被 drop，計數 -1
    println!("離開作用域後，計數 = {}", Rc::strong_count(&a));

    // 實際用途：多個 struct 共享同一份資料
    let shared_name = Rc::new(String::from("Rust"));

    let greeting1 = shared_name.clone();
    let greeting2 = shared_name.clone();

    println!("1: {}", greeting1);
    println!("2: {}", greeting2);
}

重點整理

Rc<T> 用參考計數讓多個擁有者共享同一份資料
Rc::new(value) 建立時計數為 1
.clone() 計數 +1，只增加計數，不複製內部資料——成本很低
某個 Rc 被 drop 時計數 -1，歸零時才釋放資料
Rc 是唯讀的——所有擁有者只能讀，不能改
Rust 原生的「一個擁有者」是零成本的語言保證；Rc 的「多個擁有者」是用計數器在執行時期模擬出來的，有額外開銷和限制
用 Rc::strong_count(&x) 查看目前的參考計數

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