Rust核心功能之一（所有權(quán)）

這篇具有很好參考價(jià)值的文章主要介紹了Rust核心功能之一（所有權(quán)）。希望對(duì)大家有所幫助。如果存在錯(cuò)誤或未考慮完全的地方，請(qǐng)大家不吝賜教，您也可以點(diǎn)擊"舉報(bào)違法"按鈕提交疑問(wèn)。

1、什么是所有權(quán)？

1.1?所有權(quán)規(guī)則

?1.2 變量作用域

1.3 String 類型

1.4 內(nèi)存與分配

變量與數(shù)據(jù)交互的方式（一）：移動(dòng)

變量與數(shù)據(jù)交互的方式（二）：克隆

只在棧上的數(shù)據(jù)：拷貝

1.5 所有權(quán)與函數(shù)

1.6 返回值與作用域

1、什么是所有權(quán)？

所有權(quán)（系統(tǒng)）是 Rust 最為與眾不同的特性，對(duì)語(yǔ)言的其他部分有著深刻含義。它讓 Rust 無(wú)需垃圾回收（garbage collector）即可保障內(nèi)存安全，因此理解 Rust 中所有權(quán)如何工作是十分重要的。

所有程序都必須管理其運(yùn)行時(shí)使用計(jì)算機(jī)內(nèi)存的方式。一些語(yǔ)言中具有垃圾回收機(jī)制，在程序運(yùn)行時(shí)有規(guī)律地尋找不再使用的內(nèi)存；在另一些語(yǔ)言中，程序員必須親自分配和釋放內(nèi)存。Rust 則選擇了第三種方式：通過(guò)所有權(quán)系統(tǒng)管理內(nèi)存，編譯器在編譯時(shí)會(huì)根據(jù)一系列的規(guī)則進(jìn)行檢查。如果違反了任何這些規(guī)則，程序都不能編譯。在運(yùn)行時(shí)，所有權(quán)系統(tǒng)的任何功能都不會(huì)減慢程序。

因?yàn)樗袡?quán)對(duì)很多程序員來(lái)說(shuō)都是一個(gè)新概念，需要一些時(shí)間來(lái)適應(yīng)。好消息是隨著你對(duì) Rust 和所有權(quán)系統(tǒng)的規(guī)則越來(lái)越有經(jīng)驗(yàn)，你就越能自然地編寫(xiě)出安全和高效的代碼。

1.1?所有權(quán)規(guī)則

首先，讓我們看一下所有權(quán)的規(guī)則。當(dāng)我們通過(guò)舉例說(shuō)明時(shí)，請(qǐng)謹(jǐn)記這些規(guī)則：

Rust 中的每一個(gè)值都有一個(gè)?所有者（owner）。

值在任一時(shí)刻有且只有一個(gè)所有者。

當(dāng)所有者（變量）離開(kāi)作用域，這個(gè)值將被丟棄。

?1.2 變量作用域

在所有權(quán)的第一個(gè)例子中，我們看看一些變量的?作用域（scope）。作用域是一個(gè)項(xiàng)（item）在程序中有效的范圍。假設(shè)有這樣一個(gè)變量：

let a = 12345

變量 a綁定到了一個(gè)字符串字面值，這個(gè)字符串值是硬編碼進(jìn)程序代碼中的。這個(gè)變量從聲明的點(diǎn)開(kāi)始直到當(dāng)前?作用域?結(jié)束時(shí)都是有效的。

fn main() {                // 作用域開(kāi)始處
   let a = 12345;          // 此時(shí)，a才開(kāi)始分配存儲(chǔ)空間  
}                          // 作用域開(kāi)始處

其實(shí)變量是否有效與作用域的關(guān)系跟其他編程語(yǔ)言是類似的。

1.3 String 類型

我們已經(jīng)見(jiàn)過(guò)字符串字面值，即被硬編碼進(jìn)程序里的字符串值。字符串字面值是很方便的，不過(guò)它們并不適合使用文本的每一種場(chǎng)景。原因之一就是它們是不可變的。另一個(gè)原因是并非所有字符串的值都能在編寫(xiě)代碼時(shí)就知道：例如，要是想獲取用戶輸入并存儲(chǔ)該怎么辦呢？為此，Rust 有第二個(gè)字符串類型，String。這個(gè)類型管理被分配到堆上的數(shù)據(jù)，所以能夠存儲(chǔ)在編譯時(shí)未知大小的文本。可以使用?from?函數(shù)基于字符串字面值來(lái)創(chuàng)建?String，如下：

fn main() {                
    let s = String::from("hello");
    println!("{s}")
}

這兩個(gè)冒號(hào)?::?是運(yùn)算符，允許將特定的?from?函數(shù)置于?String?類型的命名空間（namespace）下，而不需要使用類似?string_from?這樣的名字。

可以修改此類字符串可變：

fn main() {                
    let mut s = String::from("hello ");
    s.push('w');
    s.push_str("orld");
    println!("{s}")
}

那么這里有什么區(qū)別呢？為什么?String?可變而字面值卻不行呢？區(qū)別在于兩個(gè)類型對(duì)內(nèi)存的處理上。

1.4 內(nèi)存與分配

就字符串字面值來(lái)說(shuō)，我們?cè)诰幾g時(shí)就知道其內(nèi)容，所以文本被直接硬編碼進(jìn)最終的可執(zhí)行文件中。這使得字符串字面值快速且高效。不過(guò)這些特性都只得益于字符串字面值的不可變性。不幸的是，我們不能為了每一個(gè)在編譯時(shí)大小未知的文本而將一塊內(nèi)存放入二進(jìn)制文件中，并且它的大小還可能隨著程序運(yùn)行而改變。

對(duì)于?String?類型，為了支持一個(gè)可變，可增長(zhǎng)的文本片段，需要在堆上分配一塊在編譯時(shí)未知大小的內(nèi)存來(lái)存放內(nèi)容。這意味著：

必須在運(yùn)行時(shí)向內(nèi)存分配器（memory allocator）請(qǐng)求內(nèi)存。
需要一個(gè)當(dāng)我們處理完?String?時(shí)將內(nèi)存返回給分配器的方法。

第一部分由我們完成：當(dāng)調(diào)用?String::from?時(shí)，它的實(shí)現(xiàn) (implementation) 請(qǐng)求其所需的內(nèi)存。這在編程語(yǔ)言中是非常通用的。

然而，第二部分實(shí)現(xiàn)起來(lái)就各有區(qū)別了。在有?垃圾回收（garbage collector，GC）的語(yǔ)言中，GC 記錄并清除不再使用的內(nèi)存，而我們并不需要關(guān)心它。在大部分沒(méi)有 GC 的語(yǔ)言中，識(shí)別出不再使用的內(nèi)存并調(diào)用代碼顯式釋放就是我們的責(zé)任了，跟請(qǐng)求內(nèi)存的時(shí)候一樣。從歷史的角度上說(shuō)正確處理內(nèi)存回收曾經(jīng)是一個(gè)困難的編程問(wèn)題。如果忘記回收了會(huì)浪費(fèi)內(nèi)存。如果過(guò)早回收了，將會(huì)出現(xiàn)無(wú)效變量。如果重復(fù)回收，這也是個(gè) bug。我們需要精確的為一個(gè)?allocate?配對(duì)一個(gè)?free。

Rust 采取了一個(gè)不同的策略：內(nèi)存在擁有它的變量離開(kāi)作用域后就被自動(dòng)釋放。

這是一個(gè)將?String?需要的內(nèi)存返回給分配器的很自然的位置：當(dāng)變量離開(kāi)作用域，Rust 為我們調(diào)用一個(gè)特殊的函數(shù)。這個(gè)函數(shù)叫做?drop，在這里?String?的作者可以放置釋放內(nèi)存的代碼。Rust 在結(jié)尾的?}?處自動(dòng)調(diào)用?drop。

注意：在 C++ 中，這種 item 在生命周期結(jié)束時(shí)釋放資源的模式有時(shí)被稱作?資源獲取即初始化（Resource Acquisition Is Initialization (RAII)）。如果你使用過(guò) RAII 模式的話應(yīng)該對(duì) Rust 的?drop?函數(shù)并不陌生。

變量與數(shù)據(jù)交互的方式（一）：移動(dòng)

fn main() {
    let x = 5;
    let y = x;
}

定義的2個(gè)簡(jiǎn)單變量，會(huì)直接存儲(chǔ)在棧中，因?yàn)樗鼈兊拈L(zhǎng)度都是固定的。

fn main() {
    let s1 = String::from("hello");
    let s2 = s1;
}

當(dāng)s1、s2存儲(chǔ)的時(shí)候，會(huì)在堆中開(kāi)辟一片區(qū)域用來(lái)存儲(chǔ)，s1和s2 則通過(guò)指針的方式，來(lái)指向堆中存儲(chǔ)值得位置，這樣可以避免在堆中多次開(kāi)辟存儲(chǔ)空間，如果你在其他語(yǔ)言中聽(tīng)說(shuō)過(guò)術(shù)語(yǔ)?淺拷貝（shallow copy）和?深拷貝（deep copy），那么拷貝指針、長(zhǎng)度和容量而不拷貝數(shù)據(jù)可能聽(tīng)起來(lái)像淺拷貝。不過(guò)因?yàn)?Rust 同時(shí)使第一個(gè)變量無(wú)效了，這個(gè)操作被稱為?移動(dòng)（move），而不是叫做淺拷貝。上面的例子可以解讀為?s1?被?移動(dòng)?到了?s2?中。如果打印s1會(huì)出現(xiàn)以下錯(cuò)誤：

Rust核心功能之一（所有權(quán)）,Rust,rust,開(kāi)發(fā)語(yǔ)言,后端 ?

變量與數(shù)據(jù)交互的方式（二）：克隆

?如果我們?確實(shí)?需要深度復(fù)制?String?中堆上的數(shù)據(jù)，而不僅僅是棧上的數(shù)據(jù)，可以使用一個(gè)叫做?clone?的通用函數(shù)。

以下是一個(gè)示例：

fn main() {                
    let s1 = String::from("hello ");
    let s2 = s1.clone();
    println!("{s1} {s2}")
}

打印以下看下結(jié)果：

Rust核心功能之一（所有權(quán)）,Rust,rust,開(kāi)發(fā)語(yǔ)言,后端

只在棧上的數(shù)據(jù)：拷貝

fn main() {
    let x = 5;
    let y = x;

    println!("x = {}, y = {}", x, y);
}

?Rust 有一個(gè)叫做?Copy?trait 的特殊注解，可以用在類似整型這樣的存儲(chǔ)在棧上的類型上。如果一個(gè)類型實(shí)現(xiàn)了?Copy?trait，那么一個(gè)舊的變量在將其賦值給其他變量后仍然可用。

那么哪些類型實(shí)現(xiàn)了Copy Trait呢，有以下類型：

所有整數(shù)類型，比如?u32。
布爾類型，bool，它的值是?true?和?false。
所有浮點(diǎn)數(shù)類型，比如?f64。
字符類型，char。
元組，當(dāng)且僅當(dāng)其包含的類型也都實(shí)現(xiàn)?Copy?的時(shí)候。比如，(i32, i32)?實(shí)現(xiàn)了?Copy，但?(i32, String)?就沒(méi)有。

1.5 所有權(quán)與函數(shù)

將值傳遞給函數(shù)與給變量賦值的原理相似。向函數(shù)傳遞值可能會(huì)移動(dòng)或者復(fù)制，就像賦值語(yǔ)句一樣。

一個(gè)示例：

fn main() {
    let s = String::from("hello");  // s 進(jìn)入作用域

    takes_ownership(s);             // s 的值移動(dòng)到函數(shù)里 ...
                                    // ... 所以到這里不再有效

    let x = 5;                      // x 進(jìn)入作用域

    makes_copy(x);                  // x 應(yīng)該移動(dòng)函數(shù)里，
                                    // 但 i32 是 Copy 的，
                                    // 所以在后面可繼續(xù)使用 x

} // 這里，x 先移出了作用域，然后是 s。但因?yàn)?s 的值已被移走，
  // 沒(méi)有特殊之處

fn takes_ownership(some_string: String) { // some_string 進(jìn)入作用域
    println!("{}", some_string);
} // 這里，some_string 移出作用域并調(diào)用 `drop` 方法。
  // 占用的內(nèi)存被釋放

fn makes_copy(some_integer: i32) { // some_integer 進(jìn)入作用域
    println!("{}", some_integer);
} // 這里，some_integer 移出作用域。沒(méi)有特殊之處

可以發(fā)現(xiàn)在值傳遞給函數(shù)的時(shí)候，堆里的數(shù)據(jù)會(huì)移除當(dāng)前作用域，例如，s傳遞takes_ownership方法里，在當(dāng)前作用域s的值被釋放，棧里的值，傳遞給函數(shù)，它對(duì)應(yīng)的操作是復(fù)制，例如，x=5傳遞給函數(shù)之后，在當(dāng)前作用域還是可以訪問(wèn)的。

Rust核心功能之一（所有權(quán)）,Rust,rust,開(kāi)發(fā)語(yǔ)言,后端

1.6 返回值與作用域

返回值也可以轉(zhuǎn)移所有權(quán)。以下是一個(gè)示例：

fn main() {
    let s1 = gives_ownership();         // gives_ownership 將返回值
                                        // 轉(zhuǎn)移給 s1

    let s2 = String::from("hello");     // s2 進(jìn)入作用域

    let s3 = takes_and_gives_back(s2);  // s2 被移動(dòng)到
                                        // takes_and_gives_back 中，
                                        // 它也將返回值移給 s3
} // 這里，s3 移出作用域并被丟棄。s2 也移出作用域，但已被移走，
  // 所以什么也不會(huì)發(fā)生。s1 離開(kāi)作用域并被丟棄

fn gives_ownership() -> String {             // gives_ownership 會(huì)將
                                             // 返回值移動(dòng)給
                                             // 調(diào)用它的函數(shù)

    let some_string = String::from("yours"); // some_string 進(jìn)入作用域。

    some_string                              // 返回 some_string 
                                             // 并移出給調(diào)用的函數(shù)
                                             // 
}

// takes_and_gives_back 將傳入字符串并返回該值
fn takes_and_gives_back(a_string: String) -> String { // a_string 進(jìn)入作用域
                                                      // 

    a_string  // 返回 a_string 并移出給調(diào)用的函數(shù)
}

這里跟上面移動(dòng)規(guī)則一樣，將值賦給另一個(gè)變量時(shí)移動(dòng)它。當(dāng)持有堆中數(shù)據(jù)值的變量離開(kāi)作用域時(shí)，其值將通過(guò)?drop?被清理掉，除非數(shù)據(jù)被移動(dòng)為另一個(gè)變量所有。

以上我們都是通過(guò)一個(gè)變量來(lái)獲取所有，這樣來(lái)回賦值就會(huì)有些啰嗦，這樣的話，我們可以使用元組來(lái)返回多個(gè)值。

fn main() {
    let s1 = String::from("hello");

    let (s2, len) = calculate_length(s1);

    println!("The length of '{}' is {}.", s2, len);
}

fn calculate_length(s: String) -> (String, usize) {
    let length = s.len(); // len() 返回字符串的長(zhǎng)度

    (s, length)
}

但是這未免有些形式主義，而且這種場(chǎng)景應(yīng)該很常見(jiàn)。幸運(yùn)的是，Rust 對(duì)此提供了一個(gè)不用獲取所有權(quán)就可以使用值的功能，叫做?引用（references），后面我們?cè)賮?lái)看看引用是什么？文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-758934.html

到了這里，關(guān)于Rust核心功能之一（所有權(quán)）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！