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Rust语言入门教程(七) - 所有权系统

article 2024/12/26 1:00:59

所有权系统是Rust敢于声称自己为一门内存安全语言的底气来源，也是让Rust成为一门与众不同的语言的所在之处。也正是因为这个特别的所有权系统，才使得编译器能够提前暴露代码中的错误，并给出我们必要且精准的错误提示。

所有权系统的三个规则

每个值都有一个所有者，内存中不可能存在一个没有所有者的值；
一个值只有一个所有者，没有变量可以共享一个值的所有权，其他变量可以借用这个值，但只有一个变量可以拥有它；
如果某个值的所有者超出了它的作用域，这个值也会立刻从内存中被抹去；

所有权的移动

情景A

让我们用示例来说明上面的文字：

let s1 = String::from("abc");
let s2 = s1;
println!("{}", s1); // Error!

上面的例子中，我们创建了一个字符串变量s1, 然后创建了另一个变量s2, 并将s1的值赋给它。此时，在Rust内存中发生的事并不是进行了一次值拷贝，而是把s1的值移动给了s2, s1不再有值，因为只有一个变量可以拥有该值。如果我们在进行了上面的操作之后尝试继续使用s1, 就会出现编译器错误:
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让我们从内存的角度来看看上面的代码发生了什么，首先创建一个变量s1, 上一章讲解字符串的内容中说到了， String类型的数据结构由指针，长度，容量三部分组成，这三部分数据被压入栈中。在堆中创建了值abc, s1的指针指向堆中值所在的地址：
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然后再创建s2, s2的指针，长度，容量都会从s1复制，并作为一个新的变量被压入栈中。
如果到此为止， s1和s2的指针就都指向了同一个内存地址，这样一来，内存安全就不复存在了，因此Rust会使s1立即失效。
编译器现在会认为s1是一个已声明但是未被初始化的变量，因此是不能被使用的。如果s1被声明为一个可变的变量，理论上我们还是可以再次对它进行赋值并使用的。但是在上面的代码中，我们没有使用mut关键字声明它为可变，因此s1始终是不可变的，他的值被移动给s2后， s1就只是一个垃圾，不能再被使用了。

如果我们不想移动s1的值，而是真的想要拷贝一份呢，那可以使用clone()函数：

let s1 = String::from("abc");
let s2 = s1.clone();
println!("{}", s1); // Error!

clone()函数在内存中的行为也与值的移动不同，不仅在栈中会复制一个变量，在堆中也会复制一份相同的数据，并调整新变量的指针指向新复制的数据地址。
请添加图片描述
在Rust中， copy一般认为是在栈中进行的复制，clone一般认为涉及堆数据及指针更新，在其他语言中，可以分别对应浅拷贝和深拷贝。

当变量超出作用域时，会被立即销毁，从内存堆栈的角度看，销毁意味着三件事：

析构函数立即执行(如果有的话)
堆中的数据被立即删除
栈中的数据立即弹出

因此，不会存在内存泄漏，悬空指针这样的问题。

情景B

let s1 = String::from("abc");
do_stuff(s1);
println!("{}", s1);  // Error! s1 的值的所有权被移动到了do_stuff的局部变量s中

fn do_stuff(s: String) {
	// do stuff
}

上面的代码中，我们创建了一个String类型的变量s1，然后创建了一个接受字符串参数但不返回任何内容的函数。如果我们将s1作为参数传递给该函数， s1的值的所有权将被移动到do_stuff函数中的局部变量s 中，这就意味着s1将失去对其值的所有权，而不能再继续被使用了。那如果我们还想继续使用s1呢，可能会想到这样做：

let mut s1 = String::from("abc");
s1 = do_stuff(s1);
println!("{}", s1);  

fn do_stuff(s: String) -> String {
	s
}

让s1声明为一个可变变量，让函数返回一个String类型的值，并重新赋值给s1。看起来是解决了问题，但是总是感觉画蛇添足，怪怪的样子。跳出代码想一想这个问题，通常，我们将变量传入函数，无非是想要使用这个值，而其实使用这个值并不一定需要将值的所有权传递给函数，在下一章中，我们会讨论引用与借用，这将解决我们的这种需求。