Rust推崇安全与速度至上,它没有垃圾回收机制,却成功实现了内存安全 (memory safety)。
所有权
在Rust中,所有权 (ownership) 系统是零成本抽象 (zero-cost abstraction) 的一个主要例子。 对所有权的分析是在编译阶段就完成的,并不带来任何运行时成本 (run-time cost)。 默认情况下,Rust是在栈 (stack) 上分配内存,对栈上空间变量的再赋值都是复制的。 如果要在堆 (heap) 中分配,必须使用盒子来构造:
let x = Box::new(5);
其中Box::new()
创建了一个Box<i32>
来存储整数5
,此时变量x
具有该盒子的所有权。 当x
退出代码块的作用域时,它所分配的内存资源将随之释放,这是编译器自动完成的。
考虑下面这段代码:
fn main() {
let x = Box::new(5);
add_one(x);
println!("{}", x);
}
fn add_one(mut num: Box<i32>) {
*num += 1;
}
调用add_one()
时,变量x
的所有权也转移 (move) 给了变量num
。 当所有权转移时,可变性可以从不可变变成可变的。函数完成后, num
占有的内存将自动释放。当println!
再次使用已经没有所有权的变量x
时, 编译器就会报错。一种可行的解决办法是修改add_one()
函数使其返回Box
, 把所有权再转移回来。更好的做法是引入所有权借用 (borrowing)。
借用
在Rust中,所有权的借用是通过引用&
来实现的:
fn main() {
let mut x = 5;
add_one(&mut x);
println!("{}", x);
}
fn add_one(num: &mut i32) {
*num += 1;
}
调用add_one()
时,变量x
把它的所有权以可变引用借给了变量num
。函数完成后, num
又把所有权还给了x
。如果是以不可变引用借出,则借用者只能读而不能改。
有几点是需要特别注意的:
- 变量、函数、闭包以及结构体都可以成为借用者。
- 一个资源只能有一个所有者,但是可以有多个借用者。
- 资源一旦以可变借出,所有者就不能再访问资源,也不能再借给其它绑定。
- 每个被省略生存期标记的函数参数具有各不相同的生存期。
- 如果只有一个输入生存期 (input lifetime),那么不管它是否省略, 这个生存期都会赋给函数返回值中所有被省略的生存期。
- 如果有多个输入生存期,并且其中有一个是
&self
或者&mut self
, 那么self
的生存期会赋给所有被省略的输出生存期 (output lifetime)。 - 资源一旦以不可变借出,所有者就不能再改变资源,也不能再以可变的形式借出, 但可以以不可变的形式继续借出。
生存期
Rust 通过引入生存期 (lifetime) 的概念来确定一个引用的作用域:
struct Foo<'a, 'b> {
x: &'a i32,
y: &'b i32,
}
fn main() {
let a = &5;
let b = &8;
let f = Foo { x: a, y: b };
println!("{}", f.x + f.y);
}
因为结构体Foo
有自己的生存期,所以我们需要给它所包含的域指定新的生存期'a
和'b
, 从而确保对i32
的引用比对Foo
的引用具有更长的生存期,避免悬空指针 (dangling pointer) 的问题。
Rust预定义的'static
具有和整个程序运行时相同的生存期,主要用于声明全局变量。 由const
关键字定义的常量也具有'static
生存期,但是它们会被内联到使用它们的地方。
const N: i32 = 5;
static NUM: i32 = 5;
static NAME: &'static str = "David";
其中类型标注是不可省略的,并且必须使用常量表达式初始化。 对于通过static mut
绑定的变量,则只能在unsafe
代码块里使用。
对于共享所有权,需要使用标准库中的Rc<T>
类型:
use std::rc::Rc;
struct Car {
name: String,
}
struct Wheel {
size: i32,
owner: Rc<Car>,
}
fn main() {
let car = Car { name: "DeLorean".to_string() };
let car_owner = Rc::new(car);
for _ in 0..4 {
Wheel { size: 360, owner: car_owner.clone() };
}
}
如果是在并发中共享所有权,则需要使用线程安全的Arc<T>
类型。
Rust支持生存期省略 (lifetime elision),它允许在特定情况下不写生存期标记, 此时会遵从三条规则: