布局

首先，我们需要想出结构布局。一个 Vec 有三个部分：一个指向分配的指针，分配的大小，以及已经初始化的元素数量。

直观来说，这意味着我们只需要这样的设计：

  1. pub struct Vec<T> {
  2.     ptr: *mut T,
  3.     cap: usize,
  4.     len: usize,
  5. }

这确实可以编译成功。但是不幸的是，这是错误的。首先，编译器会给我们太严格的可变性（variance）。比如一个&Vec<&'static str>不能用在预期&Vec<&'a str>的地方。更重要的是，它将给 drop checker 提供不正确的所有权信息，因为它将保守地假设我们不拥有任何T类型的值。参见所有权和生命周期一章中关于可变和 drop checker 的所有细节。

正如我们在所有权一章中看到的，当标准库拥有一个分配对象的原始指针时，它使用Unique<T>来代替*mut T。Unique 是不稳定的，所以如果可能的话，我们希望不要使用它。

简而言之，Unique 是一个原始指针的包装，并声明以下内容：

  • 我们对T是协变的
  • 我们可以拥有一个T类型的值（用于 drop checker）
  • 如果T是Send/Sync，我们就是Send/Sync。
  • 我们的指针从不为空（所以Option<Vec<T>>是空指针优化的）

我们可以在稳定的 Rust 中实现上述所有的要求。为此，我们不使用Unique<T>，而是使用NonNull<T>，这是对原始指针的另一种包装，它为我们提供了上述的两个属性，即它在T上是协变的，并且被声明为永不为空。通过添加一个PhantomData<T>（用于丢弃检查），并在T是Send/Sync的情况下实现Send/Sync，我们得到与使用Unique<T>相同的结果：

  1. use std::ptr::NonNull;
  2. use std::marker::PhantomData;
  4. pub struct Vec<T> {
  5.     ptr: NonNull<T>,
  6.     cap: usize,
  7.     len: usize,
  8.     _marker: PhantomData<T>,
  9. }
  11. unsafe impl<T: Send> Send for Vec<T> {}
  12. unsafe impl<T: Sync> Sync for Vec<T> {}
  13. # fn main() {}