Ngày 28 #100DaysOfRust: Con trỏ thông minh và Deref Coercion

Giới thiệu

Ngày hôm nay, chúng ta sẽ khám phá cách sử dụng con trỏ thông minh giống như tham chiếu thông thường bằng cách triển khai trait Deref, tìm hiểu deref coercion, và cách nó tương tác với tính biến đổi trong Rust.

📌 Tham chiếu đến giá trị

Tham chiếu thông thường (&T) chỉ đến một giá trị được lưu trữ ở nơi khác. Để truy cập giá trị đó, chúng ta sử dụng toán tử giải tham chiếu *:

fn main() {
    let x = 5;
    let y = &x;

    assert_eq!(5, x);
    assert_eq!(5, *y);
}

Ở đây, *y theo tham chiếu để lấy giá trị 5. Nếu không có *, phép so sánh sẽ không biên dịch được vì {integer} và &{integer} là hai kiểu khác nhau.

📦 Sử dụng Box như một tham chiếu

Các con trỏ thông minh như Box<T> hoạt động tương tự như các tham chiếu khi được giải tham chiếu:

fn main() {
    let x = 5;
    let y = Box::new(x);

    assert_eq!(5, x);
    assert_eq!(5, *y);
}

🛠 Định nghĩa con trỏ thông minh của riêng chúng ta

Chúng ta có thể định nghĩa con trỏ thông minh của riêng mình MyBox<T>:

struct MyBox<T>(T);

impl<T> MyBox<T> {
    fn new(x: T) -> MyBox<T> {
        MyBox(x)
    }
}

Tuy nhiên, cố gắng giải tham chiếu *y sẽ thất bại cho đến khi chúng ta triển khai trait Deref.

🔗 Triển khai trait Deref

Để cho phép giải tham chiếu:

use std::ops::Deref;

impl<T> Deref for MyBox<T> {
    type Target = T;

    fn deref(&self) -> &Self::Target {
        &self.0
    }
}

Bây giờ *y hoạt động giống như với Box<T>.

Phía sau, đoạn mã sẽ được thực hiện như sau:

*(y.deref())

Điều này xảy ra tự động mỗi khi chúng ta sử dụng *.

🔄 Giải thích tự động Deref Coercion

Deref coercion cho phép chuyển đổi tự động giữa các tham chiếu:

• Từ &T sang &U khi T: Deref<Target=U>
• Từ &mut T sang &mut U khi T: DerefMut<Target=U>
• Từ &mut T sang &U khi T: Deref<Target=U>

Ví dụ với MyBox<String>:

fn hello(name: &str) {
    println!("Hello, {name}!");
}

fn main() {
    let m = MyBox::new(String::from("Rust"));
    hello(&m); // Hoạt động nhờ vào deref coercion
}

Nếu không có coercion, chúng ta sẽ cần:

hello(&(*m)[..]);

Khó đọc hơn rất nhiều!

🔐 Deref và tính biến đổi

• &T → &U hoạt động với Deref.
• &mut T → &mut U hoạt động với DerefMut.
• &mut T → &U cũng được cho phép.
• ❌ Nhưng &T → &mut U là không được phép, vì điều này có thể phá vỡ quy tắc mượn của Rust.

Điều này đảm bảo an toàn và ngăn chặn hành vi không xác định.

🧠 Tóm tắt

• Các tham chiếu thông thường yêu cầu * để truy cập giá trị.
• Box<T> và các con trỏ thông minh tùy chỉnh có thể triển khai Deref để hoạt động như các tham chiếu.
• Deref coercion đơn giản hóa việc gọi hàm bằng cách tự động chuyển đổi kiểu.
• Quy tắc về tính biến đổi đảm bảo sự an toàn: biến đổi → không biến đổi hoạt động, nhưng không biến đổi → biến đổi thì không.

Hệ thống deref của Rust là một trừu tượng không tốn chi phí: tất cả các chuyển đổi diễn ra ở thời điểm biên dịch mà không tốn chi phí thời gian chạy.

✅ Thực hành tốt nhất

• Luôn kiểm tra loại của các tham chiếu và giá trị trước khi sử dụng deref.
• Tránh lạm dụng deref coercion để đảm bảo mã dễ đọc và bảo trì.

⚠️ Những cạm bẫy thường gặp

• Nhầm lẫn giữa các tham chiếu không biến đổi và biến đổi có thể gây ra lỗi không mong muốn trong chương trình.
• Không kiểm tra giá trị rỗng khi sử dụng con trỏ thông minh có thể dẫn đến panics.

🛠 Mẹo hiệu suất

• Sử dụng con trỏ thông minh thay vì các tham chiếu thông thường trong các tình huống cần quản lý bộ nhớ tự động.
• Tối ưu hóa việc sử dụng Box và Deref cho các cấu trúc dữ liệu lớn để cải thiện hiệu suất.

❓ Câu hỏi thường gặp

1. Deref coercion là gì và tại sao lại quan trọng?

   • Deref coercion là quá trình tự động chuyển đổi giữa các tham chiếu, giúp giảm thiểu mã lặp lại và cải thiện tính đọc.

2. Có thể sử dụng deref coercion với các kiểu dữ liệu tùy chỉnh không?

   • Có, miễn là kiểu dữ liệu của bạn triển khai trait Deref hoặc DerefMut.

3. Tại sao &T → &mut U không được phép?

   • Điều này là để bảo vệ an toàn của bộ nhớ và ngăn chặn các lỗi trong chương trình.

Kết luận

Ngày hôm nay, chúng ta đã tìm hiểu sâu về con trỏ thông minh và cách mà Deref và deref coercion hoạt động trong Rust. Hãy tiếp tục khám phá những khía cạnh khác của Rust trong những ngày tới! Đừng quên theo dõi để không bỏ lỡ những bài học thú vị tiếp theo nhé!