初识Rust语言的所有权概念

    xiaoxiao2021-04-15  274

    目前仅看了第二版的官方文档,记录一下初步印象,应该还有更深刻一致的解释,水平有限,仅供参考。 实验环境:ubuntu17.10,rust1.18,vscode1.14 + 扩展rust(rls)。 BTW,环境搭建顺利得令人意外,Rust工具链打造的简洁精美,原生支持git,安装只需一条命令:curl https://sh.rustup.rs -sSf | sh。

    初步印象

    数据竞争主要有三个条件:

    两个或更多指针同时访问同⼀数据。⾄少有⼀个指针被写⼊。没有同步数据访问的机制。

    R非常重视并发,根据官方介绍:Rust 是一门着眼于安全、速度和并发的编程语言。而并发需要解决的就是数据竞争问题,自然会非常重视数据的使用过程,说是小心翼翼不为过。因为数据要关联到有名变量才能使用,所以rust在语言层面上针对变量的使用引入了解决方法,主要涉及的语法有:

    变量声明时,不可变(immutable,默认)、可变(mutable)变量赋值时,所有权转移(move)、借用(borrow)

    需要注意的是,所有权仅针对复杂类型变量(在语法上,是没有copy trait的类型),例如String、vect等在堆上存储数据的类型,而简单类型并不用考虑,如int、tuple、array等,原因就在于赋值时数据是如何拷贝的(虽然都是浅拷贝)。

    如果熟悉浅拷贝、深拷贝的概念,自然了解,对于在堆上分配空间的复杂类型,浅拷贝会导致两个或更多变量/指针同时指向同⼀数据,若有变量/指针作写入操作,就会引起数据竞争问题。

    所以,Rust用可变/不可变、所有权、生命期等来破坏数据竞争的条件,而这些解决方案全部在编译期搞定! 当然,代价是难以快速验证想法,毕竟使用变量时要仔细了,否则编都编不过,期待最佳实践和IDE的支持。

    基本概念

    1. 不可变、可变

    let x = 3; // x 默认不可变 x = 4; // 错误! let x = 4; // 正确!遮盖了原有的同名变量 let mut y = 3; // y可变 y = 4; // 正确!

    2. 所有权转移(move)

    fn test(v: String) { println!("fn: {}", v); } // 函数 let x = String::from("hello"); // 所有者x(String类型) let y = x; // 数据的所有权转移给y! let z = x; // 错误!x已不可用 test(y); // 所有权转移,新的所有者是形参v!当函数执行完毕,v离开作用域时值被丢弃(drop)! println!("var: {}", y); // 错误!y已不可用

    这难免有令人抓狂的感觉,还能不能愉快地玩耍了?这数据跑得跟兔子一样,想用的时候都不知道去哪了!还可能无意中跑到函数里直接躺尸!

    3. 借用/引用(borrow)

    那么,一个变量想多次使用怎么办?答案是可以借用:使⽤其值但不获取其所有权。

    fn test1(v: String) { println!("fn: {}", v); } fn test2(v: &String) { println!("fn: {}", v); } // 参数为引用类型 let s = String::from("hello"); // 所有者s(String类型) let s1 = &s; // 不可变借用(borrow)! let s2 = &s; // 借用 let s3 = s1; // 借用 test2(s1); // 借用 test1(*s1); // 错误!借用者s1没有所有权,无法通过s1转移(cannot move out of borrowed content)。 println!("var: {}", s); // 正确

    小结:个人感觉,所有权转移主要为并发服务,本身并不常用,毕竟数据经常要复用,没人乐意要一直提防着数据跑哪去了,尤其在函数调用时。既然如此,一般把所有者保持不变,多使用引用,主要体现在复杂数据结构和函数上。

    进一步

    但是,实际使用的情况会比较复杂,即是否可变与转移、借用三者相互影响(混用)的情况。 从数据竞争的角度:读读不冲突,但读写、写写会冲突(读即不可变,写即可变);从实现的角度:引用是基于所有权的。 因此,可以看看哪些对象会冲突:(所有者,引用) × (不可变,可变)

    首先,是否可变和所有权没有关系。

    let x = String::from("hello"); let mut z = x; // 转移后变量x不可用 z.push_str(" z"); //正确 // 可变引用要用星号来获得引用的内容,不可变引用不需要。 let mut x = 5; let y = &mut x; *y += 1;

    虽然不可变引用(&T)没有所有权,不会导致值被误转移,但借用之时要求值不能变,这意味着此时:所有权不能转移、所有者不能改值、不能同时有可变引用!

    let mut x = String::from("hello"); let y = &x; // 不可变引用 let z = x; // 错误 x.push_str(" x"); // 错误 let z = &mut x; // 错误:可变引用

    可变引用(&mut T)

    可变引用使用上略复杂,概念上也没有太统一的理解,这里单独考查。 “可变权”即可变引用对数据的读写权,具有唯一性(只有一个可用的可变引用)和独占性(其它读、写统统无效),所以对编译影响相当大。可变引用的可变权和所有者对数据的所有权有相似性,因为可变权也有move行为。

    注:官方文档里没有可变权的概念,但个人感觉,用这个概念比较好理解可变引用的使用,也许还有更本质的解释,特此说明。

    可变权move的两种方式

    let mut x = String::from("hello"); // 所有者x有可变权 // 1. 直接转移 let y = &mut x; // 1. y为可变引用,可变权move自x let z = y; // 直接转移。z为可变引用 y.push_str(" y"); // 错误!y的可变权已move给z z.push_str(" z"); // 正确 // 2. 间接转移 let mut y = &mut x; // 2. y为可变引用,可变权move自x let w = &mut y; // 要求y可变。w为可变引用 w.push_str(" w"); // 正确 // 转移(函数) fn test(i: &mut String) { i.push_str(" i"); // 正确 } let mut x = String::from("hello"); // 所有者x有可变权 test(&mut x); x.push_str(" x"); // 正确!可变权已归还

    可变引用若有写入操作则要求所有者可变。

    let x = String::from("hello"); // x不可变 let mut z = &x; // z为不可变引用 z.push_str(" z"); // 错误! let w = &mut z; // w为可变引用 w.push_str(" w"); // 错误! let mut y = x; // 所有权转移,y可变 let z = &mut y; // z为可变引用,要求y可变 z.push_str(" z"); // 正确! let w = &z; // w 为不可变引用 w.push_str(" w"); // 错误!

    总结:

    因为都涉及到值的修改,可变引用的行为和所有者相似,而且可变权和所有权都是面向数据且唯一的。

    所有者

    有所有权,move后不再可用,当所有者生命期结束,值被丢弃。读的时候类似不可变引用,写的时候类似可变引用。

    可变引用(&mut T)

    有可变权,move自被引用者,当可变引用生命期结束,可变权自动归还。可变权的源头应该来自所有者,否则意义不大。 作者:amita 来源:51CTO

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