`RefCell<T>` 與內部可變性模式 (Interior Mutability)

內部可變性 (Interior Mutability) 是 Rust 中的一個設計模式，它允許你即使在有不可變參考 (immutable reference) 的情況下也能改變數據。這通常是透過在資料結構中使用 unsafe 程式碼來繞過 Rust 正常的借用規則（Borrowing Rules）來實現的。

RefCell<T> 就是一個實踐了內部可變性模式的型別。

執行時借用檢查 (Runtime Borrow Checking)

不同於 Rc<T>，RefCell<T> 代表了數據的唯一所有權。那麼它與 Box<T> 有什麼不同呢？

`Box<T>`	`RefCell<T>`
編譯時檢查借用規則	執行時檢查借用規則
若違反規則，編譯失敗	若違反規則，程式 `panic!`

因為 Rust 編譯器是非常保守的，有時候我們確定程式碼是安全的，但編譯器無法分析出來（例如涉及複雜的控制流）。這時候 RefCell<T> 就派上用場了。

[!IMPORTANT]

RefCell<T> 只能用於單執行緒 (Single-Threaded) 的場景。如果你需要在多執行緒環境下使用內部可變性，請使用 Mutex<T> 或 RwLock<T>。

實際案例：模擬物件 (Mock Objects)

在撰寫測試代碼時，我們經常需要使用「模擬物件」來測試某個功能是否被正確調用，而不需要真正觸發實際的副作用（例如發送網路請求）。

假設我們有一個 Messenger trait：

pub trait Messenger {
    fn send(&self, msg: &str);
}

我們要測試一個會呼叫 Messenger 的功能，所以我們建立一個 MockMessenger。我們希望在 send 被呼叫時，把訊息記錄下來，以便稍後驗證。

問題來了：send 方法的簽名是 &self (不可變參考)，這意味著我們不能修改 MockMessenger 內部的欄位。

// 這是無法編譯的程式碼
struct MockMessenger {
    sent_messages: Vec<String>,
}

impl Messenger for MockMessenger {
    fn send(&self, msg: &str) {
        // 錯誤！無法修改 self.sent_messages，因為 self 是不可變參考
        self.sent_messages.push(String::from(msg));
    }
}

這時候就是 內部可變性 的最佳使用時機。我們可以使用 RefCell<Vec<String>> 來包裝訊息列表：

use std::cell::RefCell;

struct MockMessenger {
    // 使用 RefCell 包裝 Vec
    sent_messages: RefCell<Vec<String>>,
}

impl MockMessenger {
    fn new() -> MockMessenger {
        MockMessenger {
            sent_messages: RefCell::new(vec![]),
        }
    }
}

impl Messenger for MockMessenger {
    fn send(&self, msg: &str) {
        // borrow_mut() 讓我們在 &self 是一個不可變參考的情況下，
        // 獲取內部數據的可變參考 (RefMut<T>)
        self.sent_messages.borrow_mut().push(String::from(msg));
    }
}

#[test]
fn it_sends_an_over_75_percent_warning_message() {
    let mock_messenger = MockMessenger::new();
    let mut limit_tracker = LimitTracker::new(&mock_messenger, 100);

    limit_tracker.set_value(80);

    // borrow() 獲取不可變參考以進行讀取 (Ref<T>)
    assert_eq!(mock_messenger.sent_messages.borrow().len(), 1);
}

`borrow` 與 `borrow_mut`

RefCell<T> 提供了兩個安全的方法來獲取內部的參考：

borrow(): 返回 Ref<T>（類似 &T）。可以有多個。
borrow_mut(): 返回 RefMut<T>（類似 &mut T）。同一時間只能有一個。

RefCell<T> 會在執行時記錄有多少個 Ref 和 RefMut 正在活動：

每次呼叫 borrow()，計數器加 1；Ref 離開作用域時，計數器減 1。
每次呼叫 borrow_mut()，可變借用計數器加 1；RefMut 離開作用域時，計數器減 1。

[!CAUTION] 雖然檢查是在執行時進行，但規則依然是 Rust 的借用規則：在任意給定時間，你只能擁有 一個可變參考 或 任意數量的不可變參考。如果你違反了這個規則（例如在還有 Ref 存活時呼叫 borrow_mut），程式會在執行時 Panic。

let data = RefCell::new(5);

let a = data.borrow(); // OK
let b = data.borrow(); // OK
let c = data.borrow_mut(); // Panic! 已經有不可變借用存在，不能再進行可變借用

RefCell<T> 與內部可變性模式 (Interior Mutability)

執行時借用檢查 (Runtime Borrow Checking)

實際案例：模擬物件 (Mock Objects)

borrow 與 borrow_mut

`RefCell<T>` 與內部可變性模式 (Interior Mutability)

`borrow` 與 `borrow_mut`