Rust学习总结之所有权（一）

不管是计算机的哪种语言，都有内存的管理方式。主流有两种，一是以C为代表的由开发者来决定申请和释放内存，二是以Python为代表的通过语言本身的垃圾回收机制来自动管理内存。Rust开辟了第三种方式，通过所有权系统管理内存。

Rust所有权规则，下面的例子都将围绕下面的3条所有权规则来展开讲解

1	Rust 中的每一个值都有一个被称为其所有者（owner）的变量
2	值在任一时刻有且只有一个所有者
3	当所有者（变量）离开作用域，这个值将被丢弃

一：变量作用域

rust">fn main() {let s = String::from("hello"); // 从此处起，s 开始有效println!("{}", s);             // 使用 s
}                                  // 此作用域已结束，// s 不再有效

第一部分由我们完成：当调用 String::from 时，它的实现（implementation）请求其所需的内存。这在编程语言中是非常通用的

第二部分实现起来就各有区别了。在有 垃圾回收（garbage collector，GC）的语言中， GC 记录并清除不再使用的内存，而我们并不需要关心它。没有 GC 的话，识别出不再使用的内存并调用代码显式释放就是我们的责任了，跟请求内存的时候一样。从历史的角度上说正确处理内存回收曾经是一个困难的编程问题。如果忘记回收了会浪费内存。如果过早回收了，将会出现无效变量。如果重复回收，这也是个 bug。我们需要精确地为一个 allocate 配对一个 free。

Rust 采取了一个不同的策略：内存在拥有它的变量离开作用域后就被自动释放。当 s 离开作用域的时候。当变量离开作用域，Rust 为我们调用一个特殊的函数。这个函数叫做 drop，在这里 String 的作者可以放置释放内存的代码。Rust 在结尾的 } 处自动调用 drop。

二：移动

通过两个例子来对比，

rust">let x = 5;
let y = x;
println!("x={},y={}", x,y);

运行结果：

rust">let s1 = String::from("hello");
let s2 = s1;
println!("s1={},s2={}", s1,s2);

运行结果：

同样的变量赋值，为什么会产生上面的差异

前者，将 5 绑定到 x；接着生成一个值 x 的拷贝并绑定到 y。现在有了两个变量，x 和 y，都等于 5。这也正是事实上发生了的，因为整数是有已知固定大小的简单值，所以这两个 5 被放入了栈中

后者的行为会不会和前面x,y的赋值逻辑是一致的呢？从结果上看明细是有差异的

String 由三部分组成，如图左侧所示：一个指向存放字符串内容内存的指针，一个长度，和一个容量。这一组数据存储在栈上。右侧则是堆上存放内容的内存部分。

长度表示 String 的内容当前使用了多少字节的内存。容量是 String 从分配器总共获取了多少字节的内存。当我们将 s1 赋值给 s2，String 的数据被复制了，这意味着我们从栈上拷贝了它的指针、长度和容量。我们并没有复制指针指向的堆上数据。

之前我们提到过当变量离开作用域后，Rust 自动调用 drop 函数并清理变量的堆内存。不过图 4-2 展示了两个数据指针指向了同一位置。这就有了一个问题：当 s2 和 s1 离开作用域，他们都会尝试释放相同的内存。这是一个叫做 二次释放（double free）的错误，也是之前提到过的内存安全性 bug 之一。两次释放（相同）内存会导致内存污染，它可能会导致潜在的安全漏洞。

为了确保内存安全，这种场景下 Rust 的处理有另一个细节值得注意。在 let s2 = s1 之后，Rust 认为 s1 不再有效，因此 Rust 不需要在 s1 离开作用域后清理任何东西，如果这时候再使用s1就会报错，所以上面的图要修改一下

三：克隆

rust">let s1 = String::from("hello");
let s2 = s1.clone();println!("s1 = {}, s2 = {}", s1, s2);

运行结果：

克隆就是复制一份数据出来，在堆上有两处hello的数据

在eg2中，x和y并没有调用clone，但是x也没移动到y，原因是像整型这样的在编译时已知大小的类型被整个存储在栈上，所以拷贝其实际的值是快速的。这意味着没有理由在创建变量 y 后使 x 无效。换句话说，这里没有深浅拷贝的区别，所以这里调用 clone 并不会与通常的浅拷贝有什么不同，我们可以不用管它

Rust 有一个叫做 Copy trait 的特殊标注，可以用在类似整型这样的存储在栈上的类型上（第 10 章详细讲解 trait）。如果一个类型实现了 Copy trait，那么一个旧的变量在将其赋值给其他变量后仍然可用。Rust 不允许自身或其任何部分实现了 Drop trait 的类型使用 Copy trait。如果我们对其值离开作用域时需要特殊处理的类型使用 Copy 标注，将会出现一个编译时错误。要学习如何为你的类型添加 Copy 标注以实现该 trait，请阅读附录 C 中的 “可派生的 trait”。

那么哪些类型实现了 Copy trait 呢？你可以查看给定类型的文档来确认，不过作为一个通用的规则，任何一组简单标量值的组合都可以实现 Copy，任何不需要分配内存或某种形式资源的类型都可以实现 Copy 。如下是一些 Copy 的类型：

所有整数类型，比如 u32。
布尔类型，bool，它的值是 true 和 false。
所有浮点数类型，比如 f64。
字符类型，char。
元组，当且仅当其包含的类型也都实现 Copy 的时候。比如，(i32, i32) 实现了 Copy，但 (i32, String) 就没有。

四：所有权与函数

rust">fn main() {let s = String::from("hello");  // s 进入作用域takes_ownership(s);             // s 的值移动到函数里 ...// ... 所以到这里不再有效let x = 5;                      // x 进入作用域makes_copy(x);                  // x 应该移动函数里，// 但 i32 是 Copy 的，所以在后面可继续使用 x} // 这里, x 先移出了作用域，然后是 s。但因为 s 的值已被移走，// 所以不会有特殊操作fn takes_ownership(some_string: String) { // some_string 进入作用域println!("{}", some_string);
} // 这里，some_string 移出作用域并调用 `drop` 方法。占用的内存被释放fn makes_copy(some_integer: i32) { // some_integer 进入作用域println!("{}", some_integer);
} // 这里，some_integer 移出作用域。不会有特殊操作

经常写C语言的在这里可能会非常不适应，变量传给函数，在C语言中是值传递，变量还是可以继续使用的，但是在Rust中这里和C有很大的区别。s作为函数传参进takes_ownership后s就转移失效了，但是如果函数后我想继续使用s，怎么办？可以通过返回值将s转移出来

五：返回值和作用域

rust">fn main() {let s1 = gives_ownership();         // gives_ownership 将返回值// 移给 s1let s2 = String::from("hello");     // s2 进入作用域let s3 = takes_and_gives_back(s2);  // s2 被移动到// takes_and_gives_back 中,// 它也将返回值移给 s3
} // 这里, s3 移出作用域并被丢弃。s2 也移出作用域，但已被移走，// 所以什么也不会发生。s1 移出作用域并被丢弃fn gives_ownership() -> String {           // gives_ownership 将返回值移动给// 调用它的函数let some_string = String::from("yours"); // some_string 进入作用域some_string                              // 返回 some_string 并移出给调用的函数
}// takes_and_gives_back 将传入字符串并返回该值
fn takes_and_gives_back(a_string: String) -> String { // a_string 进入作用域a_string  // 返回 a_string 并移出给调用的函数
}

但是如果我们每次都是通过返回值来获取入参的所有权，这样就太蠢了，在Rust中可以通过引用来避免该问题