Rust基础02-所有权规则、内存与分配

所有权规则

1. 每个值都有一个变量，这个变量是该值的所有者
2. 每个值同时只能有一个所有者
3. 当所有者超出作用域（scope）时，该值将被删除

变量作用域

Scope 就是程序中一个项目的有效范围

fn main() {
    //s 不可用
    let s = "hello";//s 可用
    			   //可对 s 进行相关操作
} //s 作用域到此结束，s 不再可用

String 类型

字符串字面值：程序里手写的那些字符串，它们是不可变的

String类型：在Heap上分配，能够存储在编译时未知数量的文本

• 创建 String类型 值

  可以使用 from 函数从字符串字面值创建出 String 类型

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

  其中，"::" 表示 from 是 String 类型下的函数，这类字符串是可以被修改的

String类型能够修改，字符串字面量不能修改，这是因为它们的存储方式不同

内存和分配

• 字符串字面值：

  在编译时就知道它的内容，其文本内容直接被硬编码到最终的可执行文件中

  速度快、高效、不可变性

• String 类型：

  支持可变性，在Heap上分配内存来保存编译时未知的文本内容

  • 操作系统必须在运行时请求内存

    此步通过调用 String::from 来实现

  • 当用完 String 后，需要使用某种方式将内存返回给操作系统

    

    但Rust采用了不同的方式：对于某个值来说，当拥有它的变量走出作用范围时，内存会立即自动的交还给操作系统

    当变量走出作用域，Rust会自动调用 drop 函数

• 移动（Move）：

  1. 普通情况：

     多个变量可以于同一个数据使用一种独特的方式来交互

     let x = 5;
     let y = x;
     

     整数是已知且固定大小的简单的值，这两个5被压入Stack中

  2. String 版本：

     let s1 = String::from("hello");
     let s2 = s1;
     

     一个String由三部分组成：

     • 一个指向存放字符串内容的内存的指针

     • 一个长度：

       长度len，就是存放字符串内容所需的字节数

     • 一个容量：

       容量capacity，指String从操作系统总共获得内存的总字节数

     

     以上三部分放在 Stack 上，存放字符串内容的部分在 Heap 上

     当把 s1 赋给 s2，String 的数据被复制了一份：

     • 在 Stack 上复制了一份指针、长度、容量

     • 并没有复制指针所指向的 Heap 上的数据

     

     当变量离开作用域时，Rust 会自动调用 drop 函数，并将变量使用的 Heap 内存释放

     当s1、s2离开作用域时，它们都会尝试释放相同的内存：

     这会引起严重的BUG：二次释放（double free）bug

     因此，Rust为了保证内存安全：

     1. Rust 没有尝试复制被分配的内存

     2. Rust 让 s1 失效，当 s1 离开作用域时，Rust不需要释放任何东西

     

     引申：浅拷贝与深拷贝

• 克隆（Clone）：

  若有意对 Heap 上的 String 数据进行深度拷贝，而不仅仅是 Stack 上的数据，可以使用 clone 方法

  这种方法较为耗费资源且针对 Heap 上的数据进行操作

  

• 复制（Copy）：对 Stack 上的数据进行操作

  Copy trait，可以用于像整数这样完全存放在 Stack 上的类型

  • 如果一个类型实现了 Copy 这个 trait，那么旧的变量在赋值后仍然可用

  • 但若一个类型或该类型的一部分已实现了 Drop trait，那么 Rust 不允许让它再去实现 Copy trait 了

  任何简单标量的组合类型都可以是 Copy 的，任何需要分配内存或某种资源的都不是 Copy 的

  一些拥有 Copy trait 的类型：

  • 所有的整数类型，例如 u32
  • 布尔类型
  • 字符类型
  • 所有的浮点类型，例如 f64
  • 元组，如果其所有的字段都是 Copy 的