rust学习-所有权

Rust 的所有权系统是其最大的特色之一，也是 Rust确保内存安全和避免空指针、数据竞争等错误的关键机制，所有权系统的核心概念包括所有权、引用和生命周期

所有权

rust中每个值都有一个与其相关联的变量，称为其所有者，所有权遵循以下规则：

• 每个值都有一个所有者
• 值在任何时刻都只能有一个所有者
• 当所有者离开作用域时，该值将被丢弃

{
    let s = String::from("hello");  // s 进入作用域

    // 使用 s

}  // s 离开作用域，被丢弃

在这个示例中，s 是 String::from(“hello”) 的所有者，当 s 离开作用域时，String 被自动丢弃，释放其占用的内存

移动所有权

当将一个值赋给另一个变量时，所有权会被转移，原始变量不再有效

fn main() {
    let s1 = String::from("hello");
    let s2 = s1;  // s1 的所有权被转移给 s2

    // println!("{}", s1);  // 这里会报错，因为 s1 已经不再有效
    println!("{}", s2);  // 正确，s2 拥有字符串
}

在这个示例中，s1 的所有权被转移给 s2，因此 s1 在转移后不能再使用

复制和克隆

对于简单数据类型，如整数和布尔值，Rust 会自动复制它们，因此不会发生所有权转移

let x = 5;
let y = x;  // x 被复制，y 也等于 5

对于复杂类型，如 String，需要显式地克隆数据

let s1 = String::from("hello");
let s2 = s1.clone();  // 克隆 s1 的数据

引用

引用可使用变量的值而不转移所有权，引用必须是 immutable（不可变）的，除非显式指定为 mutable（可变）

let s1 = String::from("hello");
let len = calculate_length(&s1);  // 传递引用
println!("The length of '{}' is {}.", s1, len);

fn calculate_length(s: &String) -> usize {
    s.len()
}

在这个示例中，&s1 是一个对 s1 的引用，calculate_length 函数接受一个 &String 参数

可变引用

要修改通过引用传递的值，需要使用可变引用

let mut s = String::from("hello");
change(&mut s);

fn change(some_string: &mut String) {
    some_string.push_str(", world");
}

在这个示例中，&mut s 是一个可变引用，允许在 change 函数中修改 s 的值

生命周期

生命周期是 Rust 编译器用于确保引用总是有效的机制，编译器会检查引用的生命周期，确保它们不会超过所引用数据的生命周期

fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
    if x.len() > y.len() {
        x
    } else {
        y
    }
}

在这个示例中，'a 是一个生命周期参数，表示返回的引用至少和传入的引用一样长

所有权和函数

函数可以接受所有权或引用作为参数

接受所有权

fn takes_ownership(some_string: String) {
    // some_string 现在是这个函数的局部变量
    println!("{}", some_string);
}

fn main() {
    let s = String::from("hello");
    takes_ownership(s);
    // s 现在不再有效
}

接受引用

fn calculates_length(s: &String) -> usize {
    s.len()
}

fn main() {
    let s = String::from("hello");
    let length = calculates_length(&s);
    println!("The length of '{}' is {}.", s, length);
}

返回值和作用域

函数可以返回值的所有权

fn gives_ownership() -> String {
    let some_string = String::from("hello");
    some_string  // 返回 some_string 的所有权
}

fn main() {
    let s = gives_ownership();
    println!("{}", s);
}

注意事项

• 避免悬挂引用：不要返回对局部变量的引用，因为局部变量在函数结束时会被丢弃

fn bad() -> &String {
    let s = String::from("hello");
    &s  // 错误，s 在函数结束时被丢弃
}

• 不可变引用和可变引用的规则：
  • 在同一作用域内，只能有多个不可变引用或一个可变引用
  • 不能在有可变引用的同时有不可变引用

let mut s = String::from("hello");

let r1 = &s;  // 不可变引用
let r2 = &s;  // 另一个不可变引用
// let r3 = &mut s;  // 错误，已有不可变引用

println!("{} and {}", r1, r2);
drop(r1); drop(r2);

let r3 = &mut s;  // 可变引用
println!("{}", r3);

• 生命周期注解：对于复杂的情况，可能需要显式指定生命周期

fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
    if x.len() > y.len() {
        x
    } else {
        y
    }
}

• Deref 自动引用转换：Rust 的自动解引用（deref coercions）可以隐式地将引用转换为其他类型的引用

struct Person {
    name: String,
    age: u8,
}

fn print_name(p: &Person) {
    println!("Name: {}", p.name);
}

fn main() {
    let person = Person { name: String::from("Alice"), age: 30 };
    print_name(&person);
}