Rust 所有权,可转可借

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袁承兴
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发布于: 2020 年 07 月 14 日
Rust所有权,可转可借

《释放堆内存,Rust是怎么做的?所有权!》一文中,我们看到了Rust的不凡身手:只要跳出具有所有权的变量作用域,那么该变量所拥有的堆上内存,就会进行确定性的释放。



{
let v: Vec<u8> = vec![0;100];
} // v作为数组的所有者,在离开作用域时,销毁了所持有的内存。



这时候,问题来了,如若不能跨越作用域,那么充其量也就是另一种局部变量而已。堆变量的生命周期如何才能跨越作用域呢?



答案是:通过所有权的转移和借用



所有权的转移



赋值即转移(move)



实现Rust所有权的转移,非常简单,赋值即转移



fn get_a_vector()->Vec<u8>{
let v: Vec<u8> = vec![0;100];
let u = v; // 数组所有权由v转移给u
u //函数结尾没有分号,即代表return
} // u作为数组的所有者(如果未发生转移),在离开作用域时,销毁了所持有的数组内存。
let w = get_vector() // 函数返回变量,再次把数组的所有权转移给w



上面的示例代码,发生了两次堆上数组所有权的转移:



  1. u8类型的数组在函数内部从堆上申请;

  2. 一开始数组的所有权属于变量v;

  3. 当v赋值给u时,数组的所有权转移到了u;

  4. 当函数返回时,通过赋值给w,数组的所有权发生了第二次转移;



最终通过函数返回值赋值操作,将堆所有权转移到了原作用域之外的变量。



避免野指针



此时,我们问个问题,在函数内部,当v赋值给u,转移数组所有权后,v此时的状态是什么?



回答之前,先复习下Rust所有权的基本特性:



  • Rust中的每个值都有一个对应的变量作为它的所有者;

  • 在同一时间内,只有且仅有一个所有者;

  • 当所有者离开自己的作用域时,它持有的值就会被释放掉。



{
let v: Vec<u8> = vec![0;100];
let u = v; // 数组所有权由v转移给u
println!("{}", v[0]);
}



上述代码,数组所有权由v转移给u后,再去使用v,编译都无法通过,编译器会提示:



error[E0382]: borrow of moved value: v



可见此时的v,已经被废弃了,所以当v离开作用域时,也不会清理任何堆数据。



Rust所有权的唯一性,在编译期就避免了C++的野指针和二次释放。



赋值转移的本质



Rust赋值的本质,包含两件事:



  • 浅拷贝,变量数据指向堆的数据,并未发生变化;

  • 废弃源变量,这是Rust独有的;



所有权借用



借用的使用场景



通过所有权转移,函数传参也可以把所有权传递至函数内部。但是通过转移,源变量就被废弃了,如果在函数调用后还想继续使用源变量,则可以使用借用的方式:



{
let s1 = String::from("hello");
let len = calculate_length(&s1); // 借用,而不是转移
println!("The length of '{}' is {}", s1, len);
}
fn calculate_length(s: &String)->usize{
s.len()
}// s1离开作用域,堆数据释放



所有权的借用,是通过引用实现的。



顾名思义,通过借用得到的对堆数据的引用,是没有所有权的。借用者离开自己的作用域,当然也不会发生对堆数据的释放。



借用与归还



借用分为两种:



  • 不可变借用,借来,但不能改,通过引用实现;

  • 可变借用,借来,可以改,通过可变引用来实现;



{
let mut x = String::from("Hello");
x.push_str(", world");
let r1 = &x; // 不可变借用
let r2 = &mut x; // 可变借用
let r3 = &mut x; // 可变借用
r3.push_str("!"); // 修改
println!("r3: {}", r3);
}



在2020年6月的第一版第一次印刷的中文版《Rust权威指南》,第4章,认识所有权,97页提到:



可变引用在使用上有一个很大的限制:对于特定作用域中的特定数据来说,一次只能声明一个可变引用。



但是在我的环境里,rustc 1.44.0 (49cae5576 2020-06-01),这个限制明显放开了一些,上面的代码在我的环境里是可以成功编译和运行的。



除了借用这个概念,我还归纳了一个概念——归还



  • 借用后,在当前作用域中,最后一次使用,即等于归还;

  • 即便在同一个作用域内,借用后只要归还,就能再次借用;

  • 借用期间,源变量不能修改;



  • 可变借用期间,源变量不可用



这个借用和归还,就像真实世界里图书馆里的一本书。



Rust之所以要做这些约束,主要是为了解决数据竞争(data race),避免了:两个或两个以上的指针同时访问同一空间时,其中至少有一个指针会向空间中写入数据,且没有同步数据访问的机制。

发布于: 2020 年 07 月 14 日 阅读数: 41
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探索开源世界,Rust语言爱好者。 2018.05.01 加入

职业程序员,图像算法工程师,团队教练。

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