Cevap.

Sorunun Tarihi

Rust'ın temel hedeflerinden biri, değiştirilemez verilerin değiştirilmesini önlemek ve derleme aşamasında veri yarışmalarından kaçınmaktır. Normal koşullarda, Rust değiştirilemez bir referans aracılığıyla verilerin değiştirilmesine izin vermez. Ancak, önbellekleme, tembel hesaplamalar veya referans aracılığıyla iç durumun değiştirilmesini gerektiren mantık gibi sistemlerde bu gerekli olabilir. İşte bu nedenle içsel değişkenlik (interior mutability) paterni ortaya çıkmıştır.

Problem

İçsel değişkenlik olmadan önbelleklerin, tembel başlatmanın ve birçok diğer idiyomun güvenli mülkiyeti ve referansları koruyarak uygulanması zor veya imkansızdır. Klasik bir örnek, kendisine yalnızca değiştirilemez bir referans sağlayan bir fonksiyon içindeki önbellektir.

Çözüm

Rust'ta, değiştirilemez bir referans aracılığıyla bile içsel bir değeri değiştirmeye izin veren özel türler vardır — Cell ve RefCell (ve çok iş parçacıklı ortam için benzerleri), güvenliği derleme aşamasında değil, çalışma zamanında kontrol eder.

• Cell<T> — kopyalanabilir bir primittir, değerleri referans kullanmadan değiştirir veya okur ama yalnızca Copy'i uygulayan türler için.
• RefCell<T> — yalnızca değiştirilemez bir dış referansa sahipken bile “anlık” değiştirilebilir bir referans almanıza izin verir, ancak aynı anda iki değiştirilebilir veya bir değiştirilebilir ve birden fazla değiştirilemez referans almaya çalışırsanız çalışma zamanında panik oluşur.

Kod örneği:

use std::cell::RefCell;

struct Foo {
    cache: RefCell<Option<u32>>,
}

impl Foo {
    fn get_or_compute(&self) -> u32 {
        if let Some(val) = *self.cache.borrow() {
            return val;
        }
        let computed = 42;
        *self.cache.borrow_mut() = Some(computed);
        computed
    }
}

Anahtar özellikler:

• Etrafı immutable ilan edilmiş olsa bile, bir nesne içerisindeki verileri değiştirmeye izin verir.
• Mülkiyet ve referans kurallarının ihlali yalnızca çalışma zamanında (panik aracılığıyla) mümkün olduğundan dikkatli olunması gerekir.
• Temel türler: Cell, RefCell (tek iş parçacıklı ortam), Mutex, RwLock (çok iş parçacıklı)

Kandırmacalı Sorular.

RefCell’i çok iş parçacıklı yapılarda güvenli bir şekilde kullanabilir miyiz?

Hayır, RefCell iş parçacığına güvenli değildir. Çok iş parçacıklı bir ortamda çalışmak için Mutex veya RwLock kullanmalısınız.

Cell<T>'nin içeriğine referans dönebilir miyiz?

Hayır, Cell hiçbir referans vermez, yalnızca değeri kopyalar veya günceller. Sadece Copy türleriyle çalışır, diğerleri için RefCell kullanın.

Aynı RefCell üzerinde ardışık olarak borrow_mut çağrısı yaparsak ne olur?

Panik oluşur, çünkü RefCell aktif referansların sayısını izler. Mevcut bir referans varken değiştirilebilir bir erişim izni almak için ikinci bir deneme panikle sonuçlanır.

Tipik Hatalar ve Anti-Desenler

• RefCell’i küresel veya statik bir bağlamda saklamak ve tek iş parçacıklı doğasını unutmak
• Mantıklı mülkiyet ve referanslar yerine gereksiz yere RefCell kullanmak, kodu karmaşıklaştırmak ve yavaşlatmak
• RefCell içindeki panik işleme göz ardı etmek

Hayattan Bir Örnek

Olumsuz Durum

Bir yapı içinde her türlü değiştirilebilir durumu saklamak için her zaman RefCell kullanılır, oysa değiştirilebilir mülkiyet kullanılabilirse. Kod çok kelimeli hale gelir, çalışma zamanında panikler oluşur ve test etmek zorlaşır.

Artıları: Derleyicinin sınırlamalarını hızla aşmanızı ve istenen davranışı elde etmenizi sağlar.

Eksileri: Çalışma aşamasında yüksek hata riski, uygulamanın çökmesi, mantığın zor hata ayıklaması.

Olumlu Durum

RefCell yalnızca büyük yapıların tembel önbellek uygulanması için kullanılır, geri kalan kod ise klasik mülkiyet ve referanslarda kalır. Tüm değerler düzgün bir şekilde temizlenir, panik yoktur.

Artıları: Şeffaf bir mantık, iç değişkenliğin minimal kullanımı, kod dayanıklı ve öngörülebilir.

Eksileri: Veri değişiklik sınırlarına dikkat gerektirir: önbelleği okuma her zaman güvenlidir, yazma yalnızca gerektiğinde ve dar tanımlanmış alanlarda.