Rust 的所有权

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Rust 中的所有权

为了兼顾内存使用的安全和性能，Rust 在设计之初就采用了与 C++ 完全不同的内存管理。

Rust 引入了**所有权（ownership）**的概念：

Rust 中的每个值都有所有者 (owner)。
同一时刻每个值只有一个所有者。
当所有者失效，值也将被丢弃。

变量绑定

变量通过绑定的方式，获得对数据的所有权。如果一个绑定超出作用域，其绑定的数据将被自动释放。

let a = 1;

变量之间的赋值行为，将会直接导致绑定关系的变化，这一语义被称为移动所有权，亦即掩盖 (shadowing)。

let s1 = String::from("hello");
let s2 = s1; // 字符串 "hello" 已经被 s2 绑定，s1 悬置。

println!("{s1}, world!");
// 此时将发生编译错误 error: borrow of moved value: `s1`

说明

移动所有权

移动所有权是编译时的语义，不涉及程序运行时的数据移动，数据对应的内存区域并没有改变，只是更改了对应的变量名（类似C++的指针）。
移动是默认行为(通过绑定或赋值)，不需要像 C++ 那样用 std::move 来显式指定。

借用

但并非所有语境下的变量赋值都希望移交所有权，这个时候应该采用 Rust 中的**借用（borrow）**概念。

借用规则

let v = vec![1, 2, 3];
let v_ref = &v; // v_ref is a reference to v.

说明

借用规则

可以通过对变量取引用来借用变量中的数据的所有权，此时所有权本身并没有发生变化。
- 当引用超过作用域，借用也随之结束。
- 原来的变量依然拥有对数据的所有权。

let v = vec![1, 2, 3];
// v_ref is a reference to v.
let v_ref = &v;
// use v_ref to access the data in the vector v.
assert_eq!(v[1], v_ref[1]);

当借用发生时，会对原来的变量增加限制：
- 当一个变量有引用存在时，不能移交它所绑定的数据的所有权。

let v = vec![1, 2, 3];
let v_ref = &v; 
let v_new = v;
// Moving ownership to v_new would invalidate v_ref.
// error: cannot move out of `v` because it is borrowed

可变借用与不可变借用

Rust 类型系统中，变量被分为可变与不可变。在借用中，同理可分为可变借用 &mut 和不可变借用 &。

fn main() {
    let mut vector: Vec<i32> = vec![];
    let vector_ref: &mut Vec<i32> = &mut vector; 
    push(vector_ref, 4);
}

说明

借用规则

不能在某个对象不存在后继续保留对它的引用。一个对象可以
- 同时存在多个不可变引用(&T)。
- 或者仅有一个可变引用(&mut T)。
以上两者不能同时存在。

函数参数中的借用

需要注意的是，函数的参数传递时，采用的是与变量赋值和借用相同的语法规则。如果不指定 & 或 &mut,变量会直接发生移动。

fn hello_move(s: String) {
    println!("Message by moving: {}", S);
}

fn hello_borrow(s: &String) {
    println!("Message by borrowing: {}", S);
}

fn main() {
    let x: String  = String::from("hello");
    let y: String  = String::from("hello");
    
    hello_move(x);
    hello_borrow(&y);
    
    println!("x:{}",x); // error[E0382]: borrow of moved value: `x`
    println!("y:{}",y); // This runs normally. 
}

说明

变量的拷贝

如果想要直接获得一份变量的副本，可以使用 Rust 的 Copy 特型。

大多数基本类型是 Copy 类型(i32、f64、char、bool 等等)。
- 基本类型发生赋值时，会发生拷贝而非移动。

let x: i32 = 12;
let y = x; // `i32` is `Copy`, so it's not moved :D 
println!("x still works: {}, and so does y: {}", x, y);

可以通过 impl Copy for ... 或 #[derive(Copy)] 宏为变量实现 Copy 特型。
- 非基本类型在实现了 Copy 特型后，可以通过 clone() 等方法进行拷贝。

let x: String  = String::from("hello");
let y = x.clone(); // here copy an 'x' to y
println!("x still works: {}, and so does y: {}", x, y);

所有权的思想贯穿了 Rust 编程的全过程，在后续的变量、函数、结构体 等章节中，你还会多次遇到所有权的转移与借用问题。