Rust Ownership基本概念

目录

引言：

1.Ownership原则

2.数据的安全性

3.变量赋值

3.1 简单标量，复杂变量的赋值情况

3.2 函数传参与返回值

4.引用类型

5.切片类型（slice type）

summery：

引言：

自学Rust的时候感觉Ownership的概念需要记录一下，方便复习。

首先Rust采用Ownership这个概念是为了使其达到Rust所谓的安全性。在有了C/C++编程基础之后，大部分概念理解起来还是很快的，但是有关于Ownership的概念就大相径庭。当初学c的时候，学到指针，就出现了很多问题，同样在Rust上，有关于数据在内存中的创建、访问、修改和清除，体现了Rust语言的核心概念。

Rust没有使用垃圾回收器，也就是不让用户手动释放一个空间，而是采用一个作用空间（scope）的机制，当一个变量退出作用空间之后，其对应内存就会被释放。这点其实在c/c++中也是有的，就是变量离开{ }之后，其占用的内存就会被回收。但是Rust的Ownership使得除这个机制以外不在需要类似free的操作。那么就有一个问题：当一个作用空间很长（{ }中的变量使用了很多内存，如较大的结构体），那么Rust如何将不在使用的变量所占用的空间回收？Rust要求每个数据只有一个Owner，这个owner我理解为就是访问到内存上数据的方式，比如：rust不允许多个指针同时指向一个数据。为什么有了ownership就只需要scope，就能完成空间清理？接下来就是rust官方rust编程语言手册中对ownership的说明。

1.Ownership原则

1）rust中的的数值都有一个变量名，称为owner

2）同一时间，数据只能有一个owner

3）当owner离开作用区间（scope）的时候，数据占用的内存会被清除

对于第三条的演示：

     可以看到打印x处，被标红，rust语言支持包检测到了语法错误。

2.数据的安全性

在C/C++中除了const类型，其他的变量都是可以被修改的，但是在rust中除了const这种类型特性没什么区别意外，多了mutable和immutable前缀。如果不声明为mut变量，rust中默认为immutable，及不可变。其特性是在初始化之后不能被修改，但是和const不一样的是，immutable变量是可以重新定义的，之前定义的同名变量会被隐去无法访问。这一点在c/c++中是没有的，如果在c中对一个一个变量定义多次，会有重定义报错。如果加了mut前缀，那么该变量就和c/c++中的一般变量声明和修改就很相似了。一下是示例：

a是一个immutable变量，直接修改其值就会检查出语法错误，但是27行对其重定义，甚至修改数据类型都是可以的。

b是一个mut变量，可以直接修改值也可以进行类型转换。

3.变量赋值

3.1 简单标量，复杂变量的赋值情况

在rust中赋值有三种：复制，传值，克隆

区分开这些操作的原因是，内存被分为堆和栈，简单数据类型会直接存入栈中，对于拥有这种数据的owner使用的赋值都是复制。复制之后会有多个逻辑相等的变量。

传值操作是对于那种复杂数据而言，比如string。存储这种数据不仅需要栈来存储简单数值（长度和只想数据实体的指针）还需要堆存储较大的数据实体。完成船只操作就是将数据的owner转移到另一个owner上，以前的owner（即变量名）就不能再使用了！这一点与c/c++区别很大，因为c系语言是允许多个不同名指针指向同一份数据的。在rust中完成传值操作后，仅仅是将栈中的数据进行复制，而指针指向堆中的数据实体是同一个，旧的owner此时会失效。

以下是示例：

传值过程如上左图所示，检验s1已经不可用，看上右图，发现打印s1就会有语法错误，s1已经不能再访问数据实体。

克隆操作，就是对堆栈数据完全复制过程，如下图所示：

3.2 函数传参与返回值

函数的参数传递，本质上也是赋值过程，完全遵照3.1的三种赋值规则。对于简单标量类型的参数如fn call i32（..）->i32{ ...}这样的函数，没必要讨论。但是问题出在复杂数据类型的传值赋值过程。如果是在c/c++中会创建一个新的参变量，函数返回后会将这个参变量占用的内存回收。但是rust的源数据传给函数参数之后，原owner就不能访问这个变量了，然后随着函数返回，参数owner会超出作用空间，从而引起源数据被抹除。也就是说像c/c++那样进行操作的话，变量被函数调用一次时候就不能再用了！有一个简单的操作就是，在函数返值中将参数传回，这样在调用者定义一个新的变量来接收返回值，就可以保证源数据能传递下来。从这个过程可以看出第一章“原则2”被贯彻的的很清楚。

以下是使用传值（move）进行参数赋值的函数调用示例，该函数功能是获取字符串长度的中值。

4.引用类型

可以发现3.2中使用传值进行函数参数赋值的操作有点蠢。那么类似c语言中的指针参数或者c++中的引用参数，rust也给出了一种引用类型前缀&。但是看到这里本人就有一个疑问，如果一个owner被多个引用类型引用，是否打破了只有一个owner的原则。然后rust编程语言手册上紧跟着就有说明，引用类型也分为mutable（let _s = &mut s）和immutable（let _s = &s）。对于后者可以有任意多个引用变量，它可以访问数据实体，但是不能修改数据实体。前者是每个变量只允许拥有一个mut 引用，该类型的引用可以修改数据实体，但是必须在其他引用的访问操作完成之后才可以使用（为的是保证之前的引用访问的数据是有效的），给一个例子：

在上左图，企图在打印_s1之前创建一个可变引用，出现了一个语法错误。而在右图，在所有的不可变引用完成操作之后创建可变引用就是被允许的。

回归函数调用引用类型，由于owner没有进入被调函数的函数体，即不存在owner随着调用结束而超出作用空间，所以源数据占用的内存不会被回收。以下给出示例：

5.切片类型（slice type）

切片类型是为了获取复杂数据类型数据的一部分，

let s_slice = &s;//let s_slice = &s[..];//let s_slice = &s[..n];//let s_slice = &s[n..];//let s_slice = &s[n..m];

切片类型可以引用一部分也可以引用全部，但是切片类型都是不可变引用，let s_slice = &mut s;这种是有语法错误的。

summery：

在ownership的三条原则下建立的开辟内存，访问内存，操作内存数据，回收内存机制，使得rust具有更高的安全性，实际上就是把c/c++中运行时可能出现的空指针操作等问题在编译时期就给检测出来。