2.3 所有权与生命周期
所有权和生命周期是 Rust 语言中两个独特且强大的概念，它们共同构成了 Rust 内存安全的基础。理解所有权和生命周期对于编写安全、高效的 Rust 程序至关重要。
2.3.1 所有权
所有权系统是 Rust 最显著的特点之一，它规定了 Rust 中值的所有权关系，确保内存安全。
1. 所有权规则:
- 每个值都有一个所有者。 值的所有者负责释放该值占用的内存。
- 值在同一时间只能有一个所有者。 当值的所有者离开作用域时，值将被自动释放。
- 可以通过移动 (move) 或借用 (borrow) 来转移或共享值的所有权。
2. 移动语义:
当将一个值赋值给另一个变量时，Rust 会将该值的所有权移动到新的变量，原变量将不再有效。
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let s1 = String::from("hello");
let s2 = s1; // s1 的所有权移动到 s2
println!("{}", s1); // 错误！s1 不再有效
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3. 借用:
为了避免移动所有权，可以使用借用。借用允许在不转移所有权的情况下访问值。
- 不可变借用 (
&T): 允许读取值，但不能修改值。
- 可变借用 (
&mut T): 允许读取和修改值。
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let s1 = String::from("hello");
let len = calculate_length(&s1); // 不可变借用 s1
println!("The length of '{}' is {}.", s1, len);
fn calculate_length(s: &String) -> usize {
s.len()
}
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4. 借用规则:
- 在任意给定时间，要么只能有一个可变借用，要么只能有多个不可变借用。
- 借用必须始终有效。
2.3.2 生命周期
生命周期是 Rust 用来确保引用始终有效的机制。生命周期注解用于指定引用的有效范围。
1. 生命周期注解:
生命周期注解使用单引号 (') 表示，例如 'a。
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&i32 // 一个引用
&'a i32 // 一个带有显式生命周期的引用
&'a mut i32 // 一个带有显式生命周期的可变引用
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2. 函数签名中的生命周期注解:
当函数返回引用时，需要指定生命周期注解，以确保返回的引用有效。
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fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
if x.len() > y.len() {
x
} else {
y
}
}
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3. 结构体定义中的生命周期注解:
当结构体包含引用时，需要指定生命周期注解，以确保结构体实例中的引用有效。
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struct ImportantExcerpt<'a> {
part: &'a str,
}
fn main() {
let novel = String::from("Call me Ishmael. Some years ago...");
let first_sentence = novel.split('.').next().expect("Could not find a '.'");
let i = ImportantExcerpt {
part: first_sentence,
};
}
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2.3.3 代码实例
1. 所有权转移:
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fn main() {
let s1 = String::from("hello");
let s2 = s1; // s1 的所有权移动到 s2
// println!("{}", s1); // 错误！s1 不再有效
println!("{}", s2); // 输出 "hello"
}
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2. 不可变借用:
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fn main() {
let s1 = String::from("hello");
let len = calculate_length(&s1); // 不可变借用 s1
println!("The length of '{}' is {}.", s1, len); // 输出 "The length of 'hello' is 5."
}
fn calculate_length(s: &String) -> usize {
s.len()
}
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3. 可变借用:
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fn main() {
let mut s = String::from("hello");
change(&mut s); // 可变借用 s
println!("{}", s); // 输出 "hello, world"
}
fn change(s: &mut String) {
s.push_str(", world");
}
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4. 函数签名中的生命周期注解:
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fn main() {
let string1 = String::from("long string is long");
let string2 = "xyz";
let result = longest(string1.as_str(), string2);
println!("The longest string is {}", result); // 输出 "The longest string is long string is long"
}
fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
if x.len() > y.len() {
x
} else {
y
}
}
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5. 结构体定义中的生命周期注解:
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struct ImportantExcerpt<'a> {
part: &'a str,
}
fn main() {
let novel = String::from("Call me Ishmael. Some years ago...");
let first_sentence = novel.split('.').next().expect("Could not find a '.'");
let i = ImportantExcerpt {
part: first_sentence,
};
println!("{}", i.part); // 输出 "Call me Ishmael"
}
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2.3.4 总结
所有权和生命周期是 Rust 内存安全的核心机制。理解所有权规则、借用规则和生命周期注解，对于编写安全、高效的 Rust 程序至关重要。Rust 的所有权系统有效地防止了内存泄漏和数据竞争，而生命周期机制则确保了引用的有效性。掌握所有权和生命周期的使用技巧，可以编写出更安全、更可靠的 Rust 代码。
以下是一些学习 Rust 所有权和生命周期的资源：