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【第六课】Rust所有权系统（二）

article 2024/11/20 3:50:38

前言

借用和引用

借用规则

切片和迭代器

总结

前言

上节课介绍了Rust中的所有权系统，简单回顾一下，rust的内存系统系统，每一块内存都有一个主人，主人对这块内存有着读写和释放的权限，当主人离开作用域之后，该内存被自动释放。内存的主人会转移，当内存中的值是复制语义时，主人不会转移，会复制一份在内存中给新的主人，当内存中的值是移动语义时，主人会转移。在大部分编程中移动语义的值会多一些，比如vector，hashmap，都是我们高频使用的集合，还有String，也是高频使用，我们下面举一个例子来看看使用移动语义的数据时，会有什么不方便的地方，也引出今天的主题：引用和借用。

我们的例子是计算一个字符串的长度，非常常见的功能。

使用一个函数计算字符串的长度，这段代码build后会报错的（报错截图贴在下面），为什么会报错呢？我们一行一行的看一看，首先hello-rust在变量绑定给my_str后，my_str是这一块内存的主人，然后我们使用函数计算了字符串的长度，这里注意了，编译器在这里也给出了详细的解释，我们将my_str传递给函数的时候，input其实转移了所有权，在这里hello-rust的所有权从my_str转移给了input，当函数运行结束，input走出了作用域的时候，由于input是hello-rust的主人，所以触发内存清理，那么问题来了，当我们在println中使用my_str时，因为my_str已经不是任何内存的主人了，所以编译不让通过。那如果我们想要完成这样的功能怎么办呢？这里的核心问题出现在移动语义的值一定会造成所有权转移，即使我们并不希望转移所有权，比如目前的例子中，上一节课中我们使用了字典的例子，我们字典的主人是A，每次字典的交接主人都会变，这是不太好的，为什么别人不能来借用字典呢？主人依然是A，但是别的通过可以借用，当前的例子也是一样，如果函数参数input只是借用my_str，而不是替代my_str，那么就可以在后面继续使用my_str。

fn main() {
    let my_str = String::from("hello-rust");
    let len = get_length(my_str);

    println!("{} len = {}", my_str, len);
}

fn get_length(input: String) -> usize {
    input.len()
}

借用和引用

上面的例子中，我们提到了一个重要的概念，就是借用，就好像同学B借用同学A的字典一样，同学B借同学A的字典，这个动作叫做借用，借到了之后，我们称同学B有字典的引用，这就是借用和引用的概念，默认的借用和引用都是不可变的，意思就是同学B只能翻阅字字典，但是不能在字典上做笔记。如果同学B可以在字典上做笔记，那么这个行为叫做可变借用，拿到的也是可变引用。

我们使用不可变借用来重写一下上面的代码，使其不报错。

先简单介绍一下代码，&my_str是获取不可变引用的语法，函数的形参使用&修饰，此时input获取的是my_str的不可变引用，有读权限。

fn main() {
    let my_str = String::from("hello-rust");
    let len = get_length(&my_str);

    println!("{} len = {}", my_str, len);
}

fn get_length(input: &String) -> usize {
    input.len()
}

再看看可变引用，我们完成一个需求，在字符串后面添加字符串，如果要对原始的字符串执行写操作，就必须使用可变借用获取到可变引用，可变借用使用&mut表示，代码如下。

fn main() {
    let mut my_str = String::from("hello-rust");

    add_str(&mut my_str);

    println!("my_str = {}", my_str);

}

fn add_str(input: &mut String) {
    input.push_str("-good")
}

借用规则

首先，明确一下借用和所有权，借用无法获取所有权，借用不会变更主人。

借用其实很像读写锁

不可变引用是读锁，可变引用是写锁，在某一个时刻，要么是n个读锁，要么是1个写锁。

切片和迭代器

切片，slice，是引用的一种使用代表，切片其实就是一段引用，并不会拥有所有权。我们可以对字符串、vector、数组，使用切片获取一段数据的引用。

下面是切片的基本使用语法，使用&变量名[start..end]的方式获取一段数据的引用，start和end分别对应开始和结束位置，左闭右开，包头不包尾。

fn main() {
    let my_str = String::from("hello-rust");
    let hello = &my_str[0..5];

    let my_arr = [1, 2, 3, 4, 5];
    let sub_arr = &my_arr[0..];

    let my_vec = vec![1, 2, 3, 4, 5];
    let sub_vec = &my_vec[0..3];

}

可变切片，切片是引用的实际应用，由于引用有可变，所以切片也存在可变切片。

如下代码，首先需要将my_vec声明为mut，因为切片是一种引用，修改切片其实在修改底层的数据，使用&mut获取一个可变的引用，修改数据后，打印my_vec的结果，会发现第一个元素被修改为90了。

fn main() {
    let mut my_vec = vec![1, 2, 3, 4, 5];
    let sub_vec = &mut my_vec[0..3];
    sub_vec[0] = 90;
    println!("{:?}", my_vec);
}

引用的第二个常见应用就是迭代器。

（1）转移所有权

下面的代码使用into_iter()会将集合中元素的所有权转移到迭代器中，所以println!想再次访问my_vec会报错。

fn main() {
    let mut my_vec = vec![1, 2, 3, 4, 5];

    for i in my_vec.into_iter() {
        println!("i = {}", i);
    }

    println!("{:?}", my_vec);
}

（2）不可变引用

使用iter()获取集合的不可变迭代器，遍历之后原集合依然可以访问

fn main() {
    let mut my_vec = vec![1, 2, 3, 4, 5];

    for i in my_vec.iter() {
        println!("i = {}", i);
    }

    println!("{:?}", my_vec);

}

（3）可变引用

使用iter_mut()方法可以获取集合的可变引用，通过*i可以访问到对应的数据，在rust中&表示创建引用，*表示解引用，访问到对应的值，我们通过*i将原来的值都做了加1操作。

fn main() {
    let mut my_vec = vec![1, 2, 3, 4, 5];

    for i in my_vec.iter_mut() {
        println!("i = {}", i);
        *i = *i + 1;
    }

    println!("{:?}", my_vec);
}