ch15-01-box
Box Kullanarak Yığın Üzerinde Veri İşaretleme
En basit akıllı işaretçi box yani kutudur ve türü Box olarak yazılır. Kutular, verileri yığına değil, yığın bellek üzerinde saklamanıza olanak tanır. Yığındaki kalan ise yığın verisine işaret eden işaretçidir. Yığın ve yığın bellek arasındaki farkı incelemek için Bölüm 4'e bakın.
Kutuların performans maliyeti yoktur; yalnızca verilerini yığında sakladıklarından kaynaklanır.
Ancak çok fazla ek yetenekleri de yoktur. Bunları en çok bu durumlarda kullanacaksınız:
- Derleme zamanında boyutu bilinemeyen bir türe sahipseniz ve o türde bir değeri kesin boyut gerektiren bir bağlamda kullanmak istiyorsanız.
- Büyük miktarda veriniz varsa ve sahipliği devretmek istiyorsanız ancak verinin kopyalanmamasını istiyorsanız.
- Bir değeri sahiplenmek istiyorsanız ve bunun belirli bir tür olmaktan çok belirli bir trait'i uygulayan bir tür olmasının sizin için önemli olması durumunda.
İlk durumu “Kutular ile Rekürsif Türleri Etkinleştirme” bölümünde göstereceğiz.
İkinci durumda, büyük bir veri miktarını sahiplik devri sırasında kopyalanmaktan kaçınmak için yığından yığına kopyalamak uzun sürebilir. Bu durumda performansı artırmak için büyük miktardaki verileri yığında bir kutuda saklayabiliriz. Böylece yalnızca küçük miktarda işaretçi verisi yığında kopyalanırken, referans verdiği veriler yığının bir noktasında kalır. Üçüncü durum ise trait nesnesi olarak bilinir ve Bölüm 18 başlıklı tüm bir bölüm ayırmaktadır. Burada öğrendiklerinizi yine Bölüm 18'de uygulayacaksınız!
Yığın Üzerinde Veri Saklamak için Box Kullanma
Box'nin yığın depolama kullanım durumunu tartışmadan önce, Box içinde saklanan değerlere nasıl etkileşimde bulunacağımıza dair sözdizimini ele alacağız.
Liste 15-1, bir i32 değerini yığında saklamak için bir kutu kullanmayı gösterir:
{{#rustdoc_include ../listings/ch15-smart-pointers/listing-15-01/src/main.rs}}
b değişkenini yığında tahsis edilen 5 değerine işaret eden bir Box değeri olarak tanımlıyoruz. Bu program b = 5 yazdıracak; bu durumda, veriye kutudayken tıpkı yığında olduğunda erişiriz. Her sahiplenilmiş değer gibi, bir kutu kapsam dışında çıktığında, main'in sonunda olduğu gibi, serbest bırakılır. Serbest bırakma, hem yığında saklanan kutu hem de onun işaret ettiği yığın üzerindeki veri için gerçekleşir.
Yığında tek bir değeri saklamak pek faydalı değildir, bu nedenle kutuları bu şekilde sıkça kullanmayacaksınız.
Tek bir i32 gibi değerlere yığında sahip olmak, varsayılan olarak saklandıkları yer olarak çoğu durumda daha uygundur. Kutuları kullanmadan tanımlayacağımız türleri belirleyebileceğimiz bir duruma bakalım.
Kutular ile Rekürsif Türleri Etkinleştirme
Rekürsif tür bir değerin kendisiyle aynı türden bir başka değere sahip olabileceği bir değerdir. Rekürsif türler bir sorun teşkil eder çünkü Rust derleme zamanında bir türün ne kadar alan kapladığını bilmelidir. Ancak, rekürsif türlerin değerlerinin iç içe geçmişliği teorik olarak sonsuza kadar devam edebilir, bu nedenle Rust o değerin ne kadar alan gerektiğini bilemez. Kutuların bilinen bir boyutu olduğundan, rekürsif tür tanımında bir kutu ekleyerek rekürsif türleri etkinleştirebiliriz.
Bir rekürsif tür örneği olarak, cons listesi'ni inceleyelim. Bu, fonksiyonel programlama dillerinde sıkça bulunan bir veri türüdür.
Tanımlayacağımız cons listesi türü, rekürsiyon dışında oldukça basittir; bu nedenle, üzerinde çalışacağımız örnekteki kavramlar rekürsif türlerle ilgili daha karmaşık durumlarla her zaman faydalı olacaktır.
Cons Listesi Hakkında Daha Fazla Bilgi
Cons listesi, Lisp programlama dilinden ve onun diyalektlerinden gelen, iç içe geçmiş çiftlerden oluşan bir veri yapısıdır ve bir bağlı liste sürümüdür. Adı, iki argümanından yeni bir çift oluşturan Lisp'teki cons fonksiyonundan (gereç anlamında "inşa fonksiyonu") gelmektedir. Bir değer ve başka bir çiftten oluşan bir çifte cons çağrısı yaparak, rekürsif çiftlerden oluşan cons listeleri üretilebiliriz.
Örneğin, işte parantez içinde her çiftin olduğu bir liste olan 1, 2, 3 içeren bir cons listesinin psödo-kod temsili:
(1, (2, (3, Nil)))
Her bir öğe, iki unsur içerir: mevcut öğenin değeri ve bir sonraki öğe. Listedeki son madde yalnızca Nil adı verilen bir değeri içerir ve bir sonraki öğeye sahip değildir. Bir cons listesi, cons fonksiyonunun rekürsif olarak çağrılmasıyla üretilir. Rekürsiyonun temel durumunu belirtmek için kullanılan kanonik isim Nildir. Bunun, Bölüm 6'daki "null" veya "nil" kavramından farklı olduğuna dikkat edin; çünkü bu, geçersiz veya yok değeridir.
Not: Cons listesi Rust'ta sık kullanılan bir veri yapısı değildir. Rust'ta bir dizi öğeye sahip olduğunuzda, çoğu zaman
Vecdaha iyi bir seçimdir. Diğer, daha karmaşık rekürsif veri türleri, çeşitli durumlarda faydalıdır, ancak bu bölümde cons listesiyle başlayarak, kutuların nasıl bir rekürsif veri türü tanımlamamıza izin verdiğini fazla dikkat dağıtmadan keşfedebiliriz.
Liste 15-2, bir cons listesi için bir enum tanımını içermektedir. Bu kodun henüz derlenmeyeceğini unutmayın, çünkü List türünün bilinen bir boyutu yoktur, bunu göstereceğiz.
{{#rustdoc_include ../listings/ch15-smart-pointers/listing-15-02/src/main.rs:here}}
Not: Bu örnek için sadece
i32değerlerini tutan bir cons listesi uyguluyoruz. Bu durumu,Bölüm 10da tartıştığımız gibi, herhangi bir türde değerler saklayabilen bir cons listesi türü tanımlamak için generikler kullanarak uygulayabilirdik.
List türünü 1, 2, 3 listesini saklamak için kullanmak Liste 15-3'teki kod gibi görünür:
{{#rustdoc_include ../listings/ch15-smart-pointers/listing-15-03/src/main.rs:here}}
İlk Cons değeri 1 ve bir başka List değeri tutar. Bu List değeri başka bir Cons değeridir ve 2 ve başka bir List değeri tutar. Bu List değeri bir tane daha Cons değeridir ve 3 ve sonunda Nil, listenin bitişini gösteren geçersiz örneği tutar.
Liste 15-3'teki kodu derlemeye çalıştığımızda, Liste 15-4'te gösterilen hatayı alırız:
{{#include ../listings/ch15-smart-pointers/listing-15-03/output.txt}}
Hata, bu türün "sonsuz boyuta" sahip olduğunu göstermektedir. Bunun nedeni, List'i kendisinin bir başka değerini doğrudan tutan bir varyant içindeki rekürsif olarak tanımlamış olmamızdır. Sonuç olarak, Rust bir List değerini depolamak için ne kadar alan gerektiğini hesaplayamaz. Bu hatayı neden aldığımızı anlamak için önce, Rust'ın bir geçersiz türün ne kadar alan depolaması gerektiğini nasıl belirlediğine bakalım.
Geçersiz Türün Boyutunu Hesaplama
Bölüm 6'da enum tanımlarını tartıştığımız sırada Liste 6-2'de tanımladığımız Message enumunu hatırlayın:
{{#rustdoc_include ../listings/ch06-enums-and-pattern-matching/listing-06-02/src/main.rs:here}}
Bir Message değerinin ne kadar alan tahsis etmesi gerektiğini belirlemek için Rust, her bir varyanta bakar ve hangisinin en fazla alana ihtiyaç duyduğunu görür. Rust, Message::Quit'in hiç alana ihtiyaç duymadığını, Message::Move'nin iki i32 değerini saklamak için yeterli alana ihtiyaç duyduğunu görür ve bu şekilde devam eder. Yalnızca bir varyant kullanılacağından, bir Message değerinin ihtiyaç duyacağı en fazla alan, varyantlarının en büyüğünü depolamak için gereken alandır.
Şimdi, Rust'ın Liste 15-2'deki List enumunun ihtiyaç duyduğu alan miktarını belirlemeye çalıştığında ne olduğunu karşılaştırın.
Derleyici, i32 türünde bir değeri ve bir List değerini tutan Cons varyantını inceleyerek başlar. Dolayısıyla, Cons, bir i32'nin boyutuna eşit miktarda alana ihtiyaç duyar, bunun yanı sıra bir List için gereken alanı tutar. List türünün ihtiyaç duyduğu bellek miktarını belirlemek için derleyici varyantlara bakar ve Cons varyantıyla başlar. Cons varyantı, bir i32 türünde değer ve bir List türünde değer tutar ve bu süreç sonsuz olarak devam eder, Şekil 15-1'de gösterildiği gibi.
Şekil 15-1: Sonsuz Cons varyantlarından oluşan sonsuz bir List
Bilinen Boyutu Olan Rekürsif Tür Almak için Box Kullanma
Rust, rekürsif olarak tanımlanmış türler için ne kadar alan tahsis etmesi gerektiğini belirleyemediğinden, derleyici, bu yararlı öneri ile bir hata verir:
help: insert some indirection (e.g., a `Box`, `Rc`, or `&`) to break the cycle
|
2 | Cons(i32, Box<List>),
| ++++ +
Bu öneride, "dolaylılık" demek, bir değeri doğrudan saklamak yerine, veri yapısını değiştirerek o değerin işaretçisini saklamamız gerektiğini belirtir.
Bir Box olduğu için Rust her zaman bir Box'nin ne kadar alan kapladığını bilir: bir işaretçinin boyutu, işaret ettiği veri miktarına bağlı olarak değişmez. Bu, Cons varyantı içinde doğrudan başka bir List değeri yerine bir Box'yi yerleştirebileceğimiz anlamına gelir. Box, yığında olacak bir sonraki List değerine işaret edecektir; böylece hâlâ diğeriyle birlikte listemiz vardır, ancak bu uygulama, öğeleri iç içe koymak yerine yan yana koymak gibidir.
Liste 15-2'deki List enumunun tanımını ve Liste 15-3'teki List kullanımını Liste 15-5'teki kod ile değiştirebiliriz, bu da derlenecektir:
kullananList` tanımı">
{{#rustdoc_include ../listings/ch15-smart-pointers/listing-15-05/src/main.rs}}
Cons varyantı, bir i32 ile kutunun işaretçi verisini depolamak için gereken alan boyutunun toplamına ihtiyaç duyar. Nil varyantı değer depolamaz, bu nedenle Cons varyantından daha az alana ihtiyaç duyar.
Artık her List değerinin boyutunun, bir i32 ile bir kutunun işaretçi veri boyutunun toplamı kadar olacağını biliyoruz. Bir kutu kullanarak, sonsuz rekürsif zinciri kırdık, böylece derleyici bir List değerini depolamak için ihtiyaç duyduğu boyutu belirleyebilir. Şekil 15-2, Cons varyantının artık nasıl göründüğünü göstermektedir.
Şekil 15-2: Cons bir Box tuttuğu için sonsuz boyutta olmayan bir List
Kutular yalnızca dolaylılık ve yığın tahsisi sağlar; diğer akıllı işaretçi türlerinde göreceğimiz gibi herhangi bir başka özel yetenekleri yoktur. Aynı zamanda bu özel yeteneklerin neden olduğu performans maliyetine de sahip değillerdir. Bu nedenle, dolaylılığın tek özellik olduğu durumlarda, cons listesi gibi durumlarda kullanışlı olabilirler. Kutular için daha fazla kullanım senaryosunu da Bölüm 18de inceleyeceğiz.
Box türü, Deref trait'ini uyguladığı için akıllı bir işaretçidir; bu, Box değerlerinin referanslar gibi kullanılmasına olanak tanır.
Bir Box değeri kapsam dışına çıktığında, kutunun işaret ettiği yığın verisi de Drop trait'inin uygulanması nedeniyle temizlenir. Bu iki trait, bu bölümdeki diğer akıllı işaretçi türlerinin sağladığı işlevsellik açısından daha da önemlidir. Bu iki trait'i daha ayrıntılı olarak keşfedelim.