rust哪里油桶多_Rust“与众不同”特点的汇总

偏执的太偏执、 2023-10-05 17:27 43阅读 0赞

> 参考《rust程序设计语言》，一点学习笔记分享

### **所有权** ###

Rust提供所有权系统，可以让Rust程序无需垃圾回收也可以保障内存安全。所有权系统时理解Rust程序最重要的部分。所有权让写代码变得更谨慎，更复杂，但会让程序运行在不降低运行速度的前提下，更加安全，同时能降低Bug概率。

所有权规则：

1.  Rust中的值都有一个被称为所有者变量。
2.  值只能有一个所有者变量。
3.  所有者变量离开作用域，此值将被丢弃。

这里所有权与其他语言的作用域概念时类似的。对于程序里的一个值，它的存储方式有三种，一个是直接编译到程序中，一个是在运行时分配到栈上，最后一个是在运行时分配到堆上。直接编译到程序的值是不可改变的，例如常量。编译后就可以确定存储空间的可变量，会被分配到内存的栈空间中。在运行时才能确定存储空间的值，会被分配到堆空间中。

栈空间的值，如果退出作用域将会被释放，而堆空间的值，对于不同的语言处理方式不一样。C/C++需要在代码中指定释放空间，Java，Go一类有垃圾回收的语言则依靠垃圾回收器来释放不需要的值。

Rust采取的方式是：一旦离开作用域，就会释放空间。这种类似半自动垃圾回收的策略，可以让Rust满足C/C++的运行效率，同时能有效减少内存泄漏的问题。

变量离开作用域后，Rust会调用一个特殊的函数：drop，帮助释放内存。你可以为特定类型定义drop的行为。

#### **所有权的转移** ####

1.  数据的移动

// 将变量x赋值给y
    let x = 1;
    let y = x;

将值1绑定到变量x上，接着生成一个值x的拷贝绑定到变量y上。此时x与y所对应的值都是1。数值的赋值过程其实就是值拷贝，x与y所对应的值其实是两个拷贝。

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

字符串s1的值是对应分配在堆空间的，s1是对于此空间的一个引用(绑定)。s1本身包括一个指向堆空间的指针，一个代表字符串长度的值以及一个代表容量的值。将s1赋值给s2，堆空间的值并没有被复制，s2引用的还是同样的内存空间。

但此时s1将失去对此内存空间的所有权！因此在`let s2 = s1`之后，s1将无法使用，其值的所有权被转移到s2了。同时，当s1离开作用域时，无需清理任何空间，因为s1已经不再有效。

当s2离开作用域后，其所绑定的内存空间将会被释放。

1.  数据的克隆

如果想同时使用s1与s2，上述情况需要使用深度拷贝:

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

clone会将堆上的数据复制一份绑定给s2，此时s1与s2引用了同样的值("hello")，但并不是同一个值。

Rust中提供一个Copy trait，如果一个类型有Copy的trait，则可以直接通过赋值来传递值。类似整型变量的传递方式。本质就是复制变量所绑定的值。但是如果一个类型的任何部分实现了Drop的trait，则无法使用Copy trait。能使用Copy的类型例如：整数，浮点数，布尔类型，字符类型，包括以上类型的元组。

1.  所有权与函数

函数的传参过程可能会导致所有权的移动，与变量赋值类似。

*  当具有Copy trait类型的变量通过函数传参，就是传值。原变量在传递到函数中后依然可以使用
 *  当一个引用传递给函数，其引用的值的所有权也相应转移到函数中了，该引用变量将无法在后续代码中使用。

返回值也会发生所有权的转移。

变量的所有权总是遵循相同的模式：将值赋给另一个变量时移动它。当持有堆中数据值 的变量离开作用域时，其值将通过 drop 被清理掉,除非数据被移动为另一个变量所 有。

**如何在传参与返回过程中取消所有权的转移**

*  传递一个引用

fn main() {
         
        let s1 = String::from("hello");
        let len = calculate_length(&s1);
        println!("The length of '{}' is {}.", s1, len);
    }
    fn calculate_length(s: &String) -> usize {
          //s是对String的引用
        s.len()
    }//s离开作用域，但它不拥有引用值的所有权，所以不会有所有权转移

使用&符号就表示一个数据的引用。它们允许使用值但不获取所有权。

这种获取引用作为函数参数叫做：借用(borrowing)，例如一个人借用了某样东西，从哪里借来还需要还回去。

**但是借来的东西无法修改**

如果想尝试修改借用变量，会无法编译。如果需要修改一个引用的值，需要传递一个可变引用：`&mut s`

可变引用有个很大的限制，就是在特定作用域内只允许有一个可变引用。这个限制好处就是Rust可以在编译时就避免数据竞争（data race）。数据竞争的发生会导致未定义的行为，很难在运行时被调试追踪。

数据竞争的产生有三个条件：

1.  两个或更多的指针同时访问一个数据
2.  至少有一个指针写入数据
3.  没有同步数据访问的机制

#### **没有所有权的类型** ####

第一种没有所有权的类型就是引用。其实所有权的概念相对于引用的值，而非引用本身。当然引用本身的值应该就是所引用值的地址。

引用的特点：

1.  在任意时间点，要么只能有一个可变引用，要么只能有多个不可变引用。
2.  引用不能失效。（其实就是引用的值必须存在）

第二种没有所有权类型的值是slice，应该翻译为切片。

slice允许引用集合中一段连续的元素序列，而不用引用整个集合。

let s = String::from("hello world");
    let hello = &s[0..5]; //包括0,但不包括5
    let world = &s[6..11];//同上
    //
    let hello = &s[0..=4]; //使用=表示包括4
    let world = &s[6..=10];
    let slice = &s[..2]; //默认是从0开始
    let slice = &s[3..]; //也可以省略结束索引值，表示索引到字符串的最后

“字符串 slice” 的类型声明写作 &str ，其他类型的例如整型slice，写作&\[i32\]

#### **HashMap与所有权** ####

对于像 i32 这样的实现了 Copy trait 的类型,其值可以拷贝进哈希 map。对于像 String 这样拥有所有权的值，其值将被移动而哈希 map 会成为这些值的所有者，一旦键值被插入到HashMap中，就被HashMap所有了。

### **生命周期** ###

Rust中的每个引用都有其生命周期(lifetime)，也就是引用保持有效的作用域。大部分的生命周期是隐含并可以推断的。但也会出现一些引用的生命周期存在一些不同方式的关联，因此Rust也需要我们使用生命周期的标注来表明他们的关系。

#### **生命周期的注解语法** ####

生命周期注解并不改变任何引用的声明周期的长短。生命周期注解描述了多个引用生命周期相互关系，并不影响其生命周期。语法是使用(')开头，名称通常是小写。'a 时大多数人默认使用的名称。生命周期参数注解位于引用符号&之后，并有一个空格来将引用类型与生命周期注解分隔开。

&i32  // 引用
    &'a i32 //带有显式生命周期的引用
    &'a mut i32 //带有显式生命周期的可变引用

单个生命周期注解本身没有多少意义，因为生命周期是表示多个引用的生命周期参数的相互关系。具有相同生命周期注解的引用意味着他们存在一样久。

#### **函数签名中的生命周期注解** ####

一个例子：

fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
         
        if x.len() > y.len() {
         
            x
        } else {
         
            y
        }
    }

函数签名表示，对于某些生命周期'a，函数会获得两个参数，他们都是生命周期‘a存在一样长的字符串slice。函数也会返回一个与生命周期'a存在一样长的slice。这就是告诉Rust需要保证这个约定。**注意在函数签名中指定生命周期参数时，我们没有改变任何传入后返回的值的生命周期，而是指任何不遵循这个约定的传入值将被拒绝**。

这些生命周期的注解，只会在函数签名中，不存在函数体中的任何代码中。当函数体引用外部代码的引用时，Rust分析函数的参数或返回值的生命周期是几乎不可能的，这些生命周期在每次调用时都可能不同，因此我们需要手动标记声明周期。

当具体引用被传递给函数时，'a所代表的具体生命周期是x的作用域与y作用域相重叠的部分。返回的引用值，能保证在最短生命周期结束前有效。

#### **结构体中的生命周期注解** ####

定义一个包括引用的结构体：

struct Important<'a> {
         
        part :&'a str,
    }

part部分存放了一个字符串slice，这是一个引用，必须在结构体名称后声明生命周期参数，以便在结构体中使用生命周期。

#### **生命周期注解的省略** ####

三条规则可以省略：

1.  每一个引用都有自己的生命周期参数。例如一个引用参数有一个生命周期：`fn foo<'a>(x: &'a i32)`,两个引用参数有两个生命周期：`fn foo<'a,'b>(x:&'a i32,y: &'b i32)`。
2.  如果只有一个输入生命周期，它被用于所有的输出生命周期参数：`fn foo <'a>(x: &'a i32) -> &'a i32`
3.  如果方法有多个输入生命周期参数，如果其中有&self 或者&mut self，并且self的生命周期被赋予所以输出生命周期参数。

#### **方法中的生命周期** ####

当为带有生命周期的结构体实现方法时，结构体字段的生命周期必须在impl关键字之后声明，并在结构体名称之后被使用，这些生命周期时结构体类型的一部分。

impl<'a> Important<'a> {
         
        fn level(&self) -> i32 {
         
            3   
        }
    }

这里唯一的参数是self，返回值只有一个i32类型，impl之后何类型名之后的生命周期参数是必要的，但是因为省略规则，self可以不必标注。

impl<'a> Important<'a> {
         
        fn announce_and_return_part(&self, announcement: &str) -> &str {
         
            println!("Attention please: {}", announcement);
            self.part
        }
    }

这里有两个输入生命周期，因为self与announcement有各自的生命周期，因此可以省略。而返回值的生命周期被赋予了self的生命周期，因此所有生命周期都可以被计算出来，可以省略。

#### **静态生命周期** ####

`'static`是静态生命周期，其存活于整个程序期间。所有的字符串字面量都拥有'static生命周期。因为它们被储存在程序二进制文件中。

#### **生命周期注解本质** ####

生命周期注解的本质也是泛型。其代表了任意一个作用域，这个作用域是需要推断与计算的。

#### **几个生命周期高级用法** ####

1.  明确的指明某一个生命周期不小于另一个生命周期:`'a : 'b`
2.  为泛型生命周期增加边界:`struct Ref<'a,T:'a> (&'a T)`
3.  匿名生命周期`'_`：在一个需要省略注解的函数中，用在参数与返回值中具有生命周期的struct类型标识：`fn foo(string: &str) -> StrWrap<'_>`。

### **枚举** ###

枚举是一个很多语言都有的功能，不过不同语言中其功能各不相同。Rust 的枚举与 F\#、OCaml 和 Haskell 这样的函数式编程语言中的 代数数据类型(algebraic data types)最为相似。这里汇总一下相关特点。

枚举主要是数据类型的列举，每个类型都被看作枚举的成员。参考《Rust程序设计语言》的例子：

enum IpAddrKind {
         
        V4,
        V6,
    }

创建两个不同成员的实例：

let four = IpAddrKind::V4;
    let six = IpAddrKind::V6;

可以定义一个函数来获取任意一个IpAddrKind：

`fn route(ip_type: IpAddrKind){}`

这样就可以接收任一一个成员了：

route(IpAddrKind::V4);
    route(IpAddrKind::V6);

可以直接将数据附加在每个成员上：

enum IpAddr {
         
        V4(String),
        V6(String),
    }
    let home = IpAddr::V4(String::from("127.0.0.1"));
    let loopback = IpAddr::V6(String::from("::1"));

用枚举替代结构体还有一个优势：每个成员可以处理不同类型何数量的数据：

enum IpAddr {
         
        V4(u8, u8, u8, u8),
        V6(String),
    }
    let home = IpAddr::V4(127, 0, 0, 1);
    let loopback = IpAddr::V6(String::from("::1"));

一个枚举可以嵌入多种多样的类型：

enum Message {
         
        Quit,//没有关联任何数据
        Move {
          x: i32, y: i32 },// 一个结构体
        Write(String), //一个字符串
        ChangeColor(i32, i32, i32),//三个i32
    }

总体来说还是一个类型，可以直接实现这个Message类型的方法来处理这些不同的类型。

impl Message {
         
        fn call(&self) {
         
        // 在这里定义方法体
        }
    }
    let m = Message::Write(String::from("hello"));
    m.call();//可以用一个方法处理各种数据

#### **Option** ####

Rust中没有空值，利用Option枚举来表示空值。Option的定义如下：

enum Option<T> {
         
        Some(T),
        None,
    }

Option非常常用，被包括在prelude中，可以直接使用其成员变量Some(T)和None。

为什么Option比空值要好？简单来说`Option<T>`包括了类型信息，编译器不允许默认就保证`Option<T>`是有效的。

let x: i8 = 5;
    let y: Option<i8> = Some(5);
    
    let sum = x + y;

编译器会报错，表示`Option<i8>`与`i8`不是一种类型。如果要相加，必须处理Option中的None值，这就在一定程度上保证避免最常见的错误：假设某一个值不为空，但实际为空。