Rust的Cow类型有什么用？详解Cow及其用途

Rust的智能指针有哪些？大多数人都能马上答出Box、Rc和Arc、Ref和在异步编程中很常见的Pin等等。不过，有一个可能经常被大多数人遗忘的类型，它功能强大，利用好了可以节省很多复制开销；它就是这篇文章的主角：Cow<B>。
什么是COW（Copy-On-Write）？

在开始之前，有必要先介绍一下COW（Copy-On-Write，写时复制）的概念。COW是一种用于资源管理的优化策略，在操作系统中应用非常广泛。COW的核心思想是当多个任务需要读取同一个资源（比如内存中的数据、文件）的时候，它们会共享同一份资源副本，而不是为每个任务复制一份资源副本。只有当某个任务需要修改这个资源时，才会为这个任务创建一份资源副本。
需要注意的是，上述的整个过程对任务（也就是程序员编写的用户程序）来说都是不可见的；对程序员来说，他并不知道他所使用的资源在发生写操作时才被真正地复制了一份，自始至终他仿佛就像在独占整份资源一样。
COW在文件系统、虚拟内存管理中都有非常成熟的应用；在编程语言中，也被广泛应用于优化字符串、集合的处理。
Cow：定义

Rust的Cow<B>是一个枚举类型，包含两个成员：Borrowed和Owned。不过，我们几乎不会直接用到它的成员，因为Cow<B>实现了Deref特征，这使得我们可以通过Deref转换这一语法糖来便捷地直接使用Cow<B>中的内容。有关Deref转换可以阅读我之前的文章。

1. pub enum Cow<'a, B>
2. where
3.     B: 'a + ToOwned + ?Sized,
4. {
5.     Borrowed(&'a B),
6.     Owned(<B as ToOwned>::Owned),
7. }

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这种方案可以吗？仔细想想，当字节切片中有UTF-8中不支持的错误字符时，错误字符需要被替换成“�”；直接返回&str的话是做不了对字符串内容的修改的。
返回String呢？
顺着刚才的思路，因为我们可能需要修改字符串，所以我们就需要返回&str的栈上类型String，合情合理：

1. use std::borrow::Cow;
3. fn main() {
4.     let foo = "Hello World";
5.     let mut bar: Cow<str> = Cow::from(foo);
6.     println!("{bar}");      // 这里没有发生复制
7.    
8.     bar.to_mut().push_str(" Rust");  // 这里发生了复制
9.     println!("{bar}");
10.    
11.     println!("{foo}");      // 原来的字符串foo仍然可用，而且没有变化
12. }

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不过，另一个问题冒出来了：虽然返回String完美地解决了修改字符串之后会导致新字符串无处存放的问题，但是如果旧的字符串（字节切片）不需要修改的话，也需要被复制到String中，这无形中增加了很多不必要的消耗；而且，字节切片中有错误字符是概率很小的事件，为了小概率事件影响拖累大概率发生的正常情况的性能，这值得吗？
这时，我一拍大腿：在需要修改时返回String，不需要修改时返回&str不就好了？
返回(Option, Option)（或者Either）
这样，上面所描述的性能和功能矛盾就解决了：

1. use std::borrow::Cow;
3. fn main() {
4.     let str_ = "Hello World";
5.     let string = String::from("Hello World!");
6.    
7.     let foo: Cow<str> = Cow::Borrowed(str_);
8.     let bar: Cow<str> = Cow::Owned(string);
9.    
10.     // 这里string不再可用
11.     // println!("{string}");
12. }

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使用了Cow之后，它不仅可以在需要修改字符串时克隆并返回新数据，更可以在绝大多数普通情况之下直接借用数据；更妙的是，它可以享受Deref转换的语法糖，可谓十分完美！
总结

Cow是Rust中非常有用的一个类型，虽然日常开发中几乎用不到它，但是某些性能敏感的场景下善用Cow说不定会有奇效喔~

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