rust
/
rust-course
mirror of https://github.com/sunface/rust-course
5
0
Fork 0
Code Issues Packages Projects Releases Wiki Activity
You can not select more than 25 topics Topics must start with a letter or number, can include dashes ('-') and can be up to 35 characters long.
Branches Tags
${ item.name }
Create tag ${ searchTerm }
Create branch ${ searchTerm }
from 'gh-pages'
${ noResults }
rust-course/too-many-lists/do-we-need-it.html

313 lines
66 KiB
Raw Permalink Normal View History Unescape

deploy
3 weeks ago
<!DOCTYPE HTML>
<html lang="zh-CN" class="light" dir="ltr">
<head>
<!-- Book generated using mdBook -->
<meta charset="UTF-8">
<title>我们到底需不需要链表 - Rust语言圣经(Rust Course)</title>
<!-- Custom HTML head -->
<meta name="description" content="">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">
<meta name="theme-color" content="#ffffff">
<link rel="icon" href="../favicon.svg">
<link rel="shortcut icon" href="../favicon.png">
<link rel="stylesheet" href="../css/variables.css">
<link rel="stylesheet" href="../css/general.css">
<link rel="stylesheet" href="../css/chrome.css">
<link rel="stylesheet" href="../css/print.css" media="print">
<!-- Fonts -->
<link rel="stylesheet" href="../FontAwesome/css/font-awesome.css">
<link rel="stylesheet" href="../fonts/fonts.css">
<!-- Highlight.js Stylesheets -->
<link rel="stylesheet" href="../highlight.css">
<link rel="stylesheet" href="../tomorrow-night.css">
<link rel="stylesheet" href="../ayu-highlight.css">
<!-- Custom theme stylesheets -->
<link rel="stylesheet" href="../theme/style.css">
</head>
<body class="sidebar-visible no-js">
<div id="body-container">
<!-- Provide site root to javascript -->
<script>
var path_to_root = "../";
var default_theme = window.matchMedia("(prefers-color-scheme: dark)").matches ? "navy" : "light";
</script>
<!-- Work around some values being stored in localStorage wrapped in quotes -->
<script>
try {
var theme = localStorage.getItem('mdbook-theme');
var sidebar = localStorage.getItem('mdbook-sidebar');
if (theme.startsWith('"') && theme.endsWith('"')) {
localStorage.setItem('mdbook-theme', theme.slice(1, theme.length - 1));
}
if (sidebar.startsWith('"') && sidebar.endsWith('"')) {
localStorage.setItem('mdbook-sidebar', sidebar.slice(1, sidebar.length - 1));
}
} catch (e) { }
</script>
<!-- Set the theme before any content is loaded, prevents flash -->
<script>
var theme;
try { theme = localStorage.getItem('mdbook-theme'); } catch(e) { }
if (theme === null || theme === undefined) { theme = default_theme; }
var html = document.querySelector('html');
html.classList.remove('light')
html.classList.add(theme);
var body = document.querySelector('body');
body.classList.remove('no-js')
body.classList.add('js');
</script>
<input type="checkbox" id="sidebar-toggle-anchor" class="hidden">
<!-- Hide / unhide sidebar before it is displayed -->
<script>
var body = document.querySelector('body');
var sidebar = null;
var sidebar_toggle = document.getElementById("sidebar-toggle-anchor");
if (document.body.clientWidth >= 1080) {
try { sidebar = localStorage.getItem('mdbook-sidebar'); } catch(e) { }
sidebar = sidebar || 'visible';
} else {
sidebar = 'hidden';
}
sidebar_toggle.checked = sidebar === 'visible';
body.classList.remove('sidebar-visible');
body.classList.add("sidebar-" + sidebar);
</script>
<nav id="sidebar" class="sidebar" aria-label="Table of contents">
<div class="sidebar-scrollbox">
<ol class="chapter"><li class="chapter-item affix "><a href="../about-book.html">关于本书</a></li><li class="chapter-item affix "><a href="../into-rust.html">进入 Rust 编程世界</a></li><li class="chapter-item affix "><a href="../first-try/sth-you-should-not-do.html">避免从入门到放弃</a></li><li class="chapter-item affix "><a href="../community.html">社区和锈书</a></li><li class="spacer"></li><li class="chapter-item affix "><a href="../some-thoughts.html">Xobserve: 一切皆可观测</a></li><li class="chapter-item affix "><a href="../beat-ai.html">BeatAI: 工程师 AI 入门圣经</a></li><li class="chapter-item affix "><li class="part-title">Rust 语言基础学习</li><li class="spacer"></li><li class="chapter-item "><a href="../first-try/intro.html"><strong aria-hidden="true">1.</strong> 寻找牛刀，以便小试</a><a class="toggle"><div>❱</div></a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item "><a href="../first-try/installation.html"><strong aria-hidden="true">1.1.</strong> 安装 Rust 环境</a></li><li class="chapter-item "><a href="../first-try/editor.html"><strong aria-hidden="true">1.2.</strong> 墙推 VSCode!</a></li><li class="chapter-item "><a href="../first-try/cargo.html"><strong aria-hidden="true">1.3.</strong> 认识 Cargo</a></li><li class="chapter-item "><a href="../first-try/hello-world.html"><strong aria-hidden="true">1.4.</strong> 不仅仅是 Hello world</a></li><li class="chapter-item "><a href="../first-try/slowly-downloading.html"><strong aria-hidden="true">1.5.</strong> 下载依赖太慢了？</a></li></ol></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/intro.html"><strong aria-hidden="true">2.</strong> Rust 基础入门</a><a class="toggle"><div>❱</div></a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item "><a href="../basic/variable.html"><strong aria-hidden="true">2.1.</strong> 变量绑定与解构</a></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/base-type/index.html"><strong aria-hidden="true">2.2.</strong> 基本类型</a><a class="toggle"><div>❱</div></a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item "><a href="../basic/base-type/numbers.html"><strong aria-hidden="true">2.2.1.</strong> 数值类型</a></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/base-type/char-bool.html"><strong aria-hidden="true">2.2.2.</strong> 字符、布尔、单元类型</a></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/base-type/statement-expression.html"><strong aria-hidden="true">2.2.3.</strong> 语句与表达式</a></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/base-type/function.html"><strong aria-hidden="true">2.2.4.</strong> 函数</a></li></ol></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/ownership/index.html"><strong aria-hidden="true">2.3.</strong> 所有权和借用</a><a class="toggle"><div>❱</div></a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item "><a href="../basic/ownership/ownership.html"><strong aria-hidden="true">2.3.1.</strong> 所有权</a></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/ownership/borrowing.html"><strong aria-hidden="true">2.3.2.</strong> 引用与借用</a></li></ol></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/compound-type/intro.html"><strong aria-hidden="true">2.4.</strong> 复合类型</a><a class="toggle"><div>❱</div></a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item "><a href="../basic/compound-type/string-slice.html"><strong aria-hidden="true">2.4.1.</strong> 字符串与切片</a></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/compound-type/tuple.html"><strong aria-hidden="true">2.4.2.</strong> 元组</a></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/compound-type/struct.html"><strong aria-hidden="true">2.4.3.</strong> 结构体</a></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/compound-type/enum.html"><strong aria-hidden="true">2.4.4.</strong> 枚举</a></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/compound-type/array.html"><strong aria-hidden="true">2.4.5.</strong> 数组</a></li></ol></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/flow-control.html"><strong a
</div>
<div id="sidebar-resize-handle" class="sidebar-resize-handle">
<div class="sidebar-resize-indicator"></div>
</div>
</nav>
<!-- Track and set sidebar scroll position -->
<script>
var sidebarScrollbox = document.querySelector('#sidebar .sidebar-scrollbox');
sidebarScrollbox.addEventListener('click', function(e) {
if (e.target.tagName === 'A') {
sessionStorage.setItem('sidebar-scroll', sidebarScrollbox.scrollTop);
}
}, { passive: true });
var sidebarScrollTop = sessionStorage.getItem('sidebar-scroll');
sessionStorage.removeItem('sidebar-scroll');
if (sidebarScrollTop) {
// preserve sidebar scroll position when navigating via links within sidebar
sidebarScrollbox.scrollTop = sidebarScrollTop;
} else {
// scroll sidebar to current active section when navigating via "next/previous chapter" buttons
var activeSection = document.querySelector('#sidebar .active');
if (activeSection) {
activeSection.scrollIntoView({ block: 'center' });
}
}
</script>
<div id="page-wrapper" class="page-wrapper">
<div class="page">
<div id="menu-bar-hover-placeholder"></div>
<div id="menu-bar" class="menu-bar sticky">
<div class="left-buttons">
<label id="sidebar-toggle" class="icon-button" for="sidebar-toggle-anchor" title="Toggle Table of Contents" aria-label="Toggle Table of Contents" aria-controls="sidebar">
<i class="fa fa-bars"></i>
</label>
<button id="theme-toggle" class="icon-button" type="button" title="Change theme" aria-label="Change theme" aria-haspopup="true" aria-expanded="false" aria-controls="theme-list">
<i class="fa fa-paint-brush"></i>
</button>
<ul id="theme-list" class="theme-popup" aria-label="Themes" role="menu">
<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="light">Light</button></li>
<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="rust">Rust</button></li>
<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="coal">Coal</button></li>
<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="navy">Navy</button></li>
<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="ayu">Ayu</button></li>
</ul>
<button id="search-toggle" class="icon-button" type="button" title="Search. (Shortkey: s)" aria-label="Toggle Searchbar" aria-expanded="false" aria-keyshortcuts="S" aria-controls="searchbar">
<i class="fa fa-search"></i>
</button>
</div>
<h1 class="menu-title">Rust语言圣经(Rust Course)</h1>
<div class="right-buttons">
<a href="../print.html" title="Print this book" aria-label="Print this book">
<i id="print-button" class="fa fa-print"></i>
</a>
<a href="https://github.com/sunface/rust-course" title="Git repository" aria-label="Git repository">
<i id="git-repository-button" class="fa fa-github"></i>
</a>
<a href="https://github.com/sunface/rust-course/edit/main/src/too-many-lists/do-we-need-it.md" title="Suggest an edit" aria-label="Suggest an edit">
<i id="git-edit-button" class="fa fa-edit"></i>
</a>
</div>
</div>
<div id="search-wrapper" class="hidden">
<form id="searchbar-outer" class="searchbar-outer">
<input type="search" id="searchbar" name="searchbar" placeholder="Search this book ..." aria-controls="searchresults-outer" aria-describedby="searchresults-header">
</form>
<div id="searchresults-outer" class="searchresults-outer hidden">
<div id="searchresults-header" class="searchresults-header"></div>
<ul id="searchresults">
</ul>
</div>
</div>
<!-- Apply ARIA attributes after the sidebar and the sidebar toggle button are added to the DOM -->
<script>
document.getElementById('sidebar-toggle').setAttribute('aria-expanded', sidebar === 'visible');
document.getElementById('sidebar').setAttribute('aria-hidden', sidebar !== 'visible');
Array.from(document.querySelectorAll('#sidebar a')).forEach(function(link) {
link.setAttribute('tabIndex', sidebar === 'visible' ? 0 : -1);
});
</script>
<div id="content" class="content">
<!-- Page table of contents -->
<div class="sidetoc"><nav class="pagetoc"></nav></div>
<main>
<h2 id="我们到底需不需要链表"><a class="header" href="#我们到底需不需要链表">我们到底需不需要链表</a></h2>
<p>经常有读者询问该如何实现一个链表，怎么说呢，这个答案主要取决于你的需求，因此并不是很好回答。鉴于此，我决定通过这本书来详尽的介绍该如何实现一个链表，大家应该都能从这本书中找到答案。</p>
<p>书中我们将通过实现 6 种链表来学习基本和进阶 Rust 编程知识，在此过程中，你能学到：</p>
<ul>
<li>指针类型: <code>&amp;</code>, <code>&amp;mut</code>, <code>Box</code>, <code>Rc</code>, <code>Arc</code>, <code>*const</code>, <code>*mut</code>, <code>NonNull</code></li>
<li>所有权、借用、继承可变性、内部可变性、Copy</li>
<li>所有的关键字：struct、enum、fn、pub、impl、use, ...</li>
<li>模式匹配、泛型、解构</li>
<li>测试、安装新的工具链、使用 <code>miri</code></li>
<li>Unsafe: 裸指针、别名、栈借用、<code>UnsafeCell</code>、变体 variance</li>
</ul>
<p>是的，链表就是这么可怕，只有将这些知识融会贯通后，你才能掌握 :( </p>
<blockquote>
<p>事实上这本书中关于 Rust 语言的绝大部分知识都在 <code>Rust语言圣经</code>中有讲，因此除非特殊情况，我们将直接提供链接供大家学习，重点还是放在链表实现上</p>
</blockquote>
<h4 id="创建一个项目"><a class="header" href="#创建一个项目">创建一个项目</a></h4>
<p>在开始前，先来创建一个项目专门用于链表学习：</p>
<pre><code class="language-shell">$ cargo new --lib lists
$ cd lists
</code></pre>
<p>之后，我们会将每个一个链表放入单独的文件中，需要注意的是我们会尽量模拟真实的 Rust 开发场景：你写了一段代码，然后编译器开始跳出试图教你做事，只有这样才能真正学会 Rust，温室环境是无法培养出强大的 Rustacean 的。</p>
<h4 id="义务告知"><a class="header" href="#义务告知">义务告知</a></h4>
<p>首先，本书不是保姆式教程，而且我个人认为编程应该是快乐，这种快乐往往需要你自己发现而不是别人的事无巨细的讲解。</p>
<p>其次，我讨厌链表。链表真的是一种糟糕的数据结构，尽管它在部分场景下确实很有用：</p>
<ul>
<li>对列表进行大量的分割和合并操作</li>
<li>无锁并发</li>
<li>要实现内核或嵌入式的服务</li>
<li>你在使用一个纯函数式语言，由于受限的语法和缺少可变性，因此你需要使用链表来解决这些问题</li>
</ul>
<p>但是实事求是的说，这些场景对于几乎任何 Rust 开发都是很少遇到的，99% 的场景你可以使用 <code>Vec</code> 来替代，然后 1% 中的 99% 可以使用 <code>VecDeque</code>。 由于它们具有更少的内存分配次数、更低的内存占用、随机访问和缓存亲和特性，因此能够适用于绝大多数工作场景。总之，类似于 <code>trie</code> 树，链表也是一种非常小众的数据结构，特别是对于 Rust 开发而言。</p>
<blockquote>
<p>本书只是为了学习链表该如何实现，如果大家只是为了使用链表，强烈推荐直接使用标准库或者社区提供的现成实现，例如 <a href="https://doc.rust-lang.org/std/collections/struct.LinkedList.html">std::collections::LinkedList</a></p>
</blockquote>
<h4 id="链表有-o1-的分割合并插入移除性能"><a class="header" href="#链表有-o1-的分割合并插入移除性能">链表有 O(1) 的分割、合并、插入、移除性能</a></h4>
<p>是的，但是你首先要考虑的是，这些代码被调用的频率是怎么样的？是否在热点路径？ 答案如果是否定的，那么还是强烈建议使用 <code>Vec</code> 等传统数据结构，况且整个数组的拷贝也是相当快的！</p>
<p>况且，<code>Vec</code> 上的 <code>push</code> 和 <code>pop</code> 操作是 <code>O(1)</code> 的，它们比链表提供的 <code>push</code> 和 <code>pop</code> 要更快！我们只需要通过一个指针 + 内存偏移就可以访问了。</p>
<blockquote>
<p>关于是否使用链表这个问题，Bjarne Stroustrup 有过非常深入的<a href="https://www.youtube.com/watch?v=YQs6IC-vgmo">讲解</a></p>
</blockquote>
<p>但是如果你的整体项目确实因为某一段分割、合并的代码导致了性能低下，那么就放心大胆的使用链表吧。</p>
<h4 id="我无法接受内存重新分配的代价"><a class="header" href="#我无法接受内存重新分配的代价">我无法接受内存重新分配的代价</a></h4>
<p>是的，<code>Vec</code> 当 <a href="https://practice-zh.course.rs/collections/vector.html#capacity"><code>capacity</code></a> 不够时，会重新分配一块内存，然后将之前的 <code>Vec</code> 全部拷贝过去，但是对于绝大多数使用场景，要么 <code>Vec</code> 不在热点路径中，要么 <code>Vec</code> 的容量可以提前预测。</p>
<p>对于前者，那性能如何自然无关紧要。而对于后者，我们只需要使用 <code>Vec::with_capacity</code> 提前分配足够的空间即可，同时，Rust 中所有的迭代器还提供了 <code>size_hint</code> 也可以解决这种问题。</p>
<p>当然，如果这段代码在热点路径，且你无法提前预测所需的容量，那么链表确实会更提升性能。</p>
<h4 id="链表更节省内存空间"><a class="header" href="#链表更节省内存空间">链表更节省内存空间</a></h4>
<p>首先，这个问题较为复杂。一个标准的数组调整策略是：增加或减少数组的长度使数组最多有一半为空，例如 capacity 增长是翻倍的策略。这确实会导致内存空间的浪费，特别是在 Rust 中，我们不会自动收缩集合类型。</p>
<p>但是上面说的是最坏的情况，如果是最好的情况，那整个数组其实只有 3 个指针大小(指针在 Rust 中占用一个 word 的空间，例如 64 位机器就是 8 个字节的大小)的内存浪费，或者说，没有浪费。</p>
<p>而且链表实际上也有内存浪费，例如链表中的每个元素都会占用额外的内存：单向链表浪费一个指针，双向链表浪费两个指针。当然，如果你的链表中每个元素都很大，那相对来说，这种浪费也微不足道，但是如果链表的元素较小且数量很多呢？那浪费的空间就相当可观了！</p>
<p>当然，这个也和使用的内存分配器有关( allocator )：对链表节点的分配和回收会经常发生，这样就不会浪费内存。</p>
<p>总之，如果链表的元素较大，你也无法预测数组的空间，同时还有一个不错的内存分配器，那链表确实可以节省空间！</p>
<h4 id="我在函数语言中一直使用链表"><a class="header" href="#我在函数语言中一直使用链表">我在函数语言中一直使用链表</a></h4>
<p>对于函数语言而言，链表确实非常棒，因为你可以解决可变性问题，还能递归地去使用，当然，可能还有一定的图方便的因素，因为链表不用操心长度等问题。</p>
<p>但彼之蜜糖不等于吾之蜜糖，函数语言的一些使用习惯不应该带入到其它语言中，例如 Rust。</p>
<ul>
<li>函数语言往往将链表用于迭代，但是 Rust 中最适合迭代的数据结构是迭代器 <code>Iterator</code></li>
<li>函数式语言的不可变对于 Rust 也不是问题</li>
<li>Rust 还支持对数组进行切片以获取其中一部分连续的元素，而在函数语言中你可能得通过链表的 <code>head/tail</code> 分割来完成</li>
</ul>
<p>其实，在函数语言中，我们也应该选择合适的数据结构来解决适合的场景，而不是<em>一根链表挂腰间，潇潇洒洒走天下</em>。</p>
<h4 id="链表适合构建并发数据结构"><a class="header" href="#链表适合构建并发数据结构">链表适合构建并发数据结构</a></h4>
<p>是这样的，如果有这样的需求，那么链表会非常合适！但是只有在你确实需要并发数据结构，且没有其它办法时，再考虑链表！</p>
<h4 id="链表非常适合教学目的"><a class="header" href="#链表非常适合教学目的">链表非常适合教学目的</a></h4>
<p>额... 这么说也没错，毕竟所有的编程语言课程都以链表来作为最常见的练手项目，包括本书也是服务于这个目的的。</p>
<div id="giscus-container"></div>
</main>
<nav class="nav-wrapper" aria-label="Page navigation">
<!-- Mobile navigation buttons -->
<a rel="prev" href="../too-many-lists/intro.html" class="mobile-nav-chapters previous" title="Previous chapter" aria-label="Previous chapter" aria-keyshortcuts="Left">
<i class="fa fa-angle-left"></i>
</a>
<a rel="next prefetch" href="../too-many-lists/bad-stack/intro.html" class="mobile-nav-chapters next" title="Next chapter" aria-label="Next chapter" aria-keyshortcuts="Right">
<i class="fa fa-angle-right"></i>
</a>
<div style="clear: both"></div>
</nav>
</div>
</div>
<nav class="nav-wide-wrapper" aria-label="Page navigation">
<a rel="prev" href="../too-many-lists/intro.html" class="nav-chapters previous" title="Previous chapter" aria-label="Previous chapter" aria-keyshortcuts="Left">
<i class="fa fa-angle-left"></i>
</a>
<a rel="next prefetch" href="../too-many-lists/bad-stack/intro.html" class="nav-chapters next" title="Next chapter" aria-label="Next chapter" aria-keyshortcuts="Right">
<i class="fa fa-angle-right"></i>
</a>
</nav>
</div>
<script>
window.playground_copyable = true;
</script>
<script src="../ace.js"></script>
<script src="../editor.js"></script>
<script src="../mode-rust.js"></script>
<script src="../theme-dawn.js"></script>
<script src="../theme-tomorrow_night.js"></script>
<script src="../elasticlunr.min.js"></script>
<script src="../mark.min.js"></script>
<script src="../searcher.js"></script>
<script src="../clipboard.min.js"></script>
<script src="../highlight.js"></script>
<script src="../book.js"></script>
<script type="text/javascript" charset="utf-8">
var pagePath = "too-many-lists/do-we-need-it.md"
</script>
<!-- Custom JS scripts -->
<script src="../assets/custom.js"></script>
<script src="../assets/bigPicture.js"></script>
</div>
</body>
</html>