Rust 编程语言

参考资料和借用

示例 4-5 中元组代码的问题在于，我们必须返回 String 添加到调用函数中，因此我们仍然可以在调用 calculate_length 后使用 String，因为 String 已移动到 calculate_length。相反，我们可以提供对 String 值的引用。引用就像一个指针，因为它是我们可以访问存储在该地址的数据的地址;该数据由其他变量拥有。与指针不同，引用保证在该引用的生命周期内指向特定类型的有效值。

以下是定义和使用calculate_length函数的方法，该函数将对对象的引用作为参数，而不是获取值的所有权：

fn main() {
    let s1 = String::from("hello");

    let len = calculate_length(&s1);

    println!("The length of '{s1}' is {len}.");
}

fn calculate_length(s: &String) -> usize {
    s.len()
}

首先，请注意，变量声明中的所有元组代码和函数返回值都消失了。其次，请注意，我们将 &s1 传入 calculate_length，在其定义中，我们采用 &String 而不是 字符串。这些 & 符号表示引用，它们允许您引用某个值，而无需获得它的所有权。图 4-6 描述了这个概念。

图 4-6：指向字符串 s1 的 &String 关系图

让我们仔细看看这里的函数调用：

fn main() {
    let s1 = String::from("hello");

    let len = calculate_length(&s1);

    println!("The length of '{s1}' is {len}.");
}

fn calculate_length(s: &String) -> usize {
    s.len()
}

&s1 语法允许我们创建一个引用 s1 值的引用 但不拥有它。因为它不拥有它，所以它指向的值将 当引用停止使用时，不会被删除。

同样，函数的签名使用&来表示参数s的类型是一个引用。让我们添加一些解释性注释：

fn main() {
    let s1 = String::from("hello");

    let len = calculate_length(&s1);

    println!("The length of '{s1}' is {len}.");
}

fn calculate_length(s: &String) -> usize { // s is a reference to a String
    s.len()
} // Here, s goes out of scope. But because it does not have ownership of what
  // it refers to, it is not dropped.

变量 s 有效的范围与任何函数参数的范围相同，但是当 s 停止使用时，引用指向的值不会被删除，因为 s 没有所有权。当函数将引用作为参数而不是实际值时，我们不需要返回值来归还所有权，因为我们从未拥有所有权。

我们将创建引用的作称为 借用。就像在现实生活中一样，如果一个人拥有某样东西，你可以从他们那里借来。当你完成时，你必须归还它。你不拥有它。

那么，如果我们试图修改我们借用的东西会发生什么呢？试试示例 4-6 中的代码。剧透警告：它不起作用！

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

    change(&s);
}

fn change(some_string: &String) {
    some_string.push_str(", world");
}

错误如下：

$ cargo run
   Compiling ownership v0.1.0 (file:///projects/ownership)
error[E0596]: cannot borrow `*some_string` as mutable, as it is behind a `&` reference
 --> src/main.rs:8:5
  |
8 |     some_string.push_str(", world");
  |     ^^^^^^^^^^^ `some_string` is a `&` reference, so the data it refers to cannot be borrowed as mutable
  |
help: consider changing this to be a mutable reference
  |
7 | fn change(some_string: &mut String) {
  |                         +++

For more information about this error, try `rustc --explain E0596`.
error: could not compile `ownership` (bin "ownership") due to 1 previous error

正如变量默认是不可变的一样，引用也是如此。我们不允许修改我们引用的东西。

可变引用

我们可以修复示例 4-6 中的代码，允许我们通过一些小的调整来修改借用的值，而不是使用可变引用：

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

    change(&mut s);
}

fn change(some_string: &mut String) {
    some_string.push_str(", world");
}

首先，我们将 s 更改为 mut。然后，我们使用 &mut s 创建一个可变引用，在其中调用 change 函数，并更新函数签名以接受带有 some_string： &mut String 的可变引用。这非常清楚地表明 change 函数将改变它借用的值。

可变引用有一个很大的限制：如果你有一个对值的可变引用，则不能有对该值的其他引用。尝试创建两个对 s 的可变引用的代码将失败：

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

    let r1 = &mut s;
    let r2 = &mut s;

    println!("{}, {}", r1, r2);
}

错误如下：

$ cargo run
   Compiling ownership v0.1.0 (file:///projects/ownership)
error[E0499]: cannot borrow `s` as mutable more than once at a time
 --> src/main.rs:5:14
  |
4 |     let r1 = &mut s;
  |              ------ first mutable borrow occurs here
5 |     let r2 = &mut s;
  |              ^^^^^^ second mutable borrow occurs here
6 |
7 |     println!("{}, {}", r1, r2);
  |                        -- first borrow later used here

For more information about this error, try `rustc --explain E0499`.
error: could not compile `ownership` (bin "ownership") due to 1 previous error

这个错误表示这段代码是无效的，因为我们不能一次多次借用 s 作为 mutable。第一个可变借用在 r1 中，并且必须持续到 println！ 中使用它，但在创建该可变引用及其使用之间，我们尝试在 r2 中创建另一个可变引用，该引用借用与 r1 相同的数据。

阻止同时对同一数据的多个可变引用的限制允许更改，但以非常受控的方式进行。这是新 Rustacean 人挣扎的事情，因为大多数语言都允许你随时改变。具有此限制的好处是 Rust 可以防止编译时的数据竞争。数据争用类似于争用条件，当以下三种行为发生时发生：

• 
  两个或多个指针同时访问相同的数据。
• 
  至少有一个指针用于写入数据。
• 
  没有使用任何机制来同步对数据的访问。

数据争用会导致未定义的行为，当您尝试在运行时跟踪它们时，可能难以诊断和修复;Rust 通过拒绝使用数据竞争编译代码来防止这个问题！

与往常一样，我们可以使用大括号来创建一个新的作用域，允许多个可变引用，但不能同时引用：

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

    {
        let r1 = &mut s;
    } // r1 goes out of scope here, so we can make a new reference with no problems.

    let r2 = &mut s;
}

Rust 对组合可变和不可变引用执行类似的规则。此代码会导致错误：

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

    let r1 = &s; // no problem
    let r2 = &s; // no problem
    let r3 = &mut s; // BIG PROBLEM

    println!("{}, {}, and {}", r1, r2, r3);
}

错误如下：

$ cargo run
   Compiling ownership v0.1.0 (file:///projects/ownership)
error[E0502]: cannot borrow `s` as mutable because it is also borrowed as immutable
 --> src/main.rs:6:14
  |
4 |     let r1 = &s; // no problem
  |              -- immutable borrow occurs here
5 |     let r2 = &s; // no problem
6 |     let r3 = &mut s; // BIG PROBLEM
  |              ^^^^^^ mutable borrow occurs here
7 |
8 |     println!("{}, {}, and {}", r1, r2, r3);
  |                                -- immutable borrow later used here

For more information about this error, try `rustc --explain E0502`.
error: could not compile `ownership` (bin "ownership") due to 1 previous error

呼！我们也不能有一个可变的引用，而我们有一个对相同值的不可变引用。

不可变引用的用户不会期望该值突然从他们下面改变出来！但是，允许使用多个不可变引用，因为任何只是读取数据的人都无法影响其他人对数据的读取。

请注意，引用的范围从引入它的位置开始，一直持续到最后一次使用该引用。例如，这段代码将编译，因为不可变引用的最后一次使用 println！ 发生在引入可变引用之前：

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

    let r1 = &s; // no problem
    let r2 = &s; // no problem
    println!("{r1} and {r2}");
    // variables r1 and r2 will not be used after this point

    let r3 = &mut s; // no problem
    println!("{r3}");
}

不可变引用 r1 和 r2 的范围在 println！ 它们最后一次使用的位置，即创建可变引用 R3 之前。这些范围不重叠，因此允许使用以下代码：编译器可以判断该引用在范围结束之前的某个点不再使用。

尽管借用错误有时可能令人沮丧，但请记住，这是 Rust 编译器尽早指出潜在的错误（在编译时而不是在运行时）并准确地告诉你问题所在。然后，您就不必追踪为什么您的数据不是您想象的那样。

悬空引用

在带有指针的语言中，很容易错误地创建一个 dangling pointer（指针）的指针，它引用内存中可能已提供给其他人的位置，方法是释放一些内存，同时保留指向该内存的指针。相比之下，在 Rust 中，编译器保证引用永远不会是悬空的引用：如果你有对某些数据的引用，编译器将确保数据不会在对数据的引用之前超出范围。

让我们尝试创建一个悬空引用，看看 Rust 如何通过编译时错误来防止它们：

fn main() {
    let reference_to_nothing = dangle();
}

fn dangle() -> &String {
    let s = String::from("hello");

    &s
}

错误如下：

$ cargo run
   Compiling ownership v0.1.0 (file:///projects/ownership)
error[E0106]: missing lifetime specifier
 --> src/main.rs:5:16
  |
5 | fn dangle() -> &String {
  |                ^ expected named lifetime parameter
  |
  = help: this function's return type contains a borrowed value, but there is no value for it to be borrowed from
help: consider using the `'static` lifetime, but this is uncommon unless you're returning a borrowed value from a `const` or a `static`
  |
5 | fn dangle() -> &'static String {
  |                 +++++++
help: instead, you are more likely to want to return an owned value
  |
5 - fn dangle() -> &String {
5 + fn dangle() -> String {
  |

error[E0515]: cannot return reference to local variable `s`
 --> src/main.rs:8:5
  |
8 |     &s
  |     ^^ returns a reference to data owned by the current function

Some errors have detailed explanations: E0106, E0515.
For more information about an error, try `rustc --explain E0106`.
error: could not compile `ownership` (bin "ownership") due to 2 previous errors

此错误消息引用了我们尚未介绍的功能：lifetimes。我们将在第 10 章详细讨论生命周期。但是，如果你忽略有关生命周期的部分，该消息确实包含为什么此代码有问题的关键：

this function's return type contains a borrowed value, but there is no value
for it to be borrowed from

让我们仔细看看 吊坠代码：

fn main() {
    let reference_to_nothing = dangle();
}

fn dangle() -> &String { // dangle returns a reference to a String

    let s = String::from("hello"); // s is a new String

    &s // we return a reference to the String, s
} // Here, s goes out of scope, and is dropped. Its memory goes away.
  // Danger!

因为 s 是在 dangle 内部创建的，所以当 dangle 的代码完成后， 将被解除分配。但我们试图返回对它的引用。这意味着此引用将指向无效的 String。那不好！Rust 不允许我们这样做。

这里的解决方案是直接返回 String：

fn main() {
    let string = no_dangle();
}

fn no_dangle() -> String {
    let s = String::from("hello");

    s
}

这工作没有任何问题。所有权被移出，没有任何东西被解除分配。

参考规则

让我们回顾一下我们讨论过的关于引用的内容：

• 
  在任何给定时间，您都可以有一个可变引用或任意数量的不可变引用。
• 
  引用必须始终有效。

接下来，我们将看看另一种引用：slices。