可变性、所有权、租借和生命期 - 引用和借用

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2023-12-01

如上所示，Owership让我们改变一个变量的值变得“复杂”，那能否像其他编程语言那样随意改变变量的值呢？答案是有的。

所有权系统允许我们通过“Borrowing”的方式达到这个目的。这个机制非常像其他编程语言中的“读写锁”，即同一时刻，只能拥有一个“写锁”，或只能拥有多个“读锁”，不允许“写锁”和“读锁”在同一时刻同时出现。当然这也是数据读写过程中保障一致性的典型做法。只不过Rust是在编译中完成这个(Borrowing)检查的，而不是在运行时，这也就是为什么其他语言程序在运行过程中，容易出现死锁或者野指针的问题。

通过&符号完成Borrowing：

fn main() {
    let x: Vec<i32> = vec!(1i32, 2, 3);
    let y = &x;
    println!("x={:?}, y={:?}", x, y);
}

Borrowing(&x)并不会发生所有权moved，所以println可以同时访问x和y。
通过引用，就可以对普通类型完成修改。

fn main() {
    let mut x: i32 = 100;
    {
        let y: &mut i32 = &mut x;
        *y += 2;
    }
    println!("{}", x);
}

借用与引用的区别

借用与引用是一种相辅相成的关系，若B是对A的引用，也可称之为B借用了A。

很相近对吧，但是借用一词本意为要归还。所以在Rust用引用时，一定要注意应该在何处何时正确的“归回”借用/引用。
最后面的“高级”小节会详细举例。

规则

同一时刻，最多只有一个可变借用（&mut T），或者2。
同一时刻，可有0个或多个不可变借用（&T）但不能有任何可变借用。
借用在离开作用域后释放。
在可变借用释放前不可访问源变量。

可变性

Borrowing也分“不可变借用”（默认，&T）和“可变借用”（&mut T）。

顾名思义，“不可变借用”是只读的，不可更新被引用的内容。

fn main() {
    let x: Vec<i32> = vec!(1i32, 2, 3);
    //可同时有多个不可变借用
    let y = &x;
    let z = &x;
    let m = &x;
    //ok
    println!("{:?}, {:?}, {:?}, {:?}", x, y, z, m);
}

再次强调下，同一时刻只能有一个可变借用(&mut T)，且被借用的变量本身必须有可变性 :

fn main() {
    //源变量x可变性
    let mut x: Vec<i32> = vec!(1i32, 2, 3);
    //只能有一个可变借用
    let y = &mut x;
    // let z = &mut x; //错误
    y.push(100);
    //ok
    println!("{:?}", y);
    //错误，可变借用未释放，源变量不可访问
    // println!("{:?}", x);
}  //y在此处销毁

高级例子

下面的复杂例子，进行了详细的注释，即使看不懂也没关系，可以在完成Lifetimes（生命周期）的学习后再仔细思考本例子。

fn main() {
    let mut x: Vec<i32> = vec!(1i32, 2, 3);
    //更新数组
    //push中对数组进行了可变借用，并在push函数退出时销毁这个借用
    x.push(10);
    {
        //可变借用1
        let mut y = &mut x;
        y.push(100);
        //可变借用2，注意：此处是对y的借用，不可再对x进行借用，
        //因为y在此时依然存活。
        let z = &mut y;
        z.push(1000);
        println!("{:?}", z); //打印: [1, 2, 3, 10, 100, 1000]
    } //y和z在此处被销毁，并释放借用。
    //访问x正常
    println!("{:?}", x); //打印: [1, 2, 3, 10, 100, 1000]
}

总结

借用不改变内存的所有者（Owner），借用只是对源内存的临时引用。
在借用周期内，借用方可以读写这块内存，所有者被禁止读写内存；且所有者保证在有“借用”存在的情况下，不会释放或转移内存。
失去所有权的变量不可以被借用（访问）。
在租借期内，内存所有者保证不会释放/转移/可变租借这块内存，但如果是在非可变租借的情况下，所有者是允许继续非可变租借出去的。
借用周期满后，所有者收回读写权限
借用周期小于被借用者（所有者）的生命周期。

备注：
　　借用周期，指的是借用的有效时间段。