Rust 中的引用与借用

news2024/11/26 22:35:06

1、引用与借用

1.1 可变引用

1.2 悬垂引用

1.3 引用的规则

2、slice 类型

2.1 字符串字面量其实就是一个slice

2.2 总结

1、引用与借用

在之前我们将String 类型的值返回给调用函数，这样会导致这个String会被移动到函数中，这样在原来的作用域不可访问了，但是我们功能一个String值得引用，这样就不会导致这个String类型的值被移动，而传递的只是一个引用。引用更像一个指针，因为是一个地址，我们就可以基于这个地址找到改地址上存储的数据。与指针不同，引用确保指向某个特定类型的有效值。

下面是一个引用传递的示例：

fn main() {
    let str = String::from("hello world!");
    let len = _length(&str);
    println!("str is value: {}", str);
    println!("str length is: {}", len)
} 
fn _length(s: &String) ->usize {
    s.len()
}

运行结果所示所示：

根据以上代码可以看出_length方法中传递的参数为&str，所以这里传递的是str值的引用，用&符号代表引用

以下是一张对应的示意图：

根据上图也能看出s是s1的引用，引用的是s1在堆中对应类型的值。

注意：与使用 & 引用相反的操作是 解引用（dereferencing），它使用解引用运算符，*。

变量 s 有效的作用域与函数参数的作用域一样，不过当 s 停止使用时并不丢弃引用指向的数据，因为 s 并没有所有权。当函数使用引用而不是实际值作为参数，无需返回值来交还所有权，因为就不曾拥有所有权。

我们将创建一个引用的行为称为借用（borrowing），因为我们并没有拥有它的所有权，只是暂时借用以下。

我们可以尝试修改一下引用，把引用值改了，看下是否可以，这就类似于我借了别人的东西，然后把东西换了个样子，看看是不是可以呢？

fn main() {
    let str = String::from("hello world!");
    let len = _length(&str);
    println!("str is value: {}", str);
} 
fn _length(s: &String) {
    s.push_str("我把你给改了..........");
}

运行一下，看下结果：

根据提示可以s是一个引用，因此它引用的数据不能作为可变数据借用。

1.1 可变引用

允许我们修改一个借用的值，这就是 可变引用，把上面的示例改一下，如下所示:

fn main() {
    let mut str = String::from("hello world!");
    _length(&mut str);
    println!("str is value: {}", str);
} 
fn _length(s: &mut String) {
    s.push_str("我把你给改了..........");
}

运行代码，再看一下结果：

首先定义str必须时可变的，在方法中传递参数，也要指定引用为可变引用，因为引用指向的是被引用的地址，所以就会改变原有的值。

注意：可变引用有一个很大的限制：如果你有一个对该变量的可变引用，你就不能再创建对该变量的引用。

看以下示例：

fn main() {
    let mut str = String::from("hello world!");
    let a = &mut str;
    let b = &mut str;
    println!("a {}, b{}", a, b)
}

根据错误提示，可以知道同一时间不能多次借用str作为可变变量。Rust这样限制是因为可以在编译时就避免数据竞争。数据竞争（data race）类似于竞态条件，它可由这三个行为造成：

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

再看下以下示例：

fn main() {
    let mut str = String::from("hello world!");
    let c = &mut str;
    let b = &str;
    println!("b{} {}", b, c)
}

也会报错，借用和可变借用不能同时被使用。

再看下一个示例：

fn main() {
    let mut str = String::from("hello world!");
    let c = &mut str;
   
    println!("{}", c);
    let b = &str;
    println!("{}", b)
}

可以看到这次是可以打印处结果的，在第一次打印的时候，变量的作用域也就结束了，因而在下次进行赋值时可以的。

1.2 悬垂引用

在具有指针的语言中，很容易通过释放内存时保留指向它的指针而错误地生成一个 悬垂指针（dangling pointer），所谓悬垂指针是其指向的内存可能已经被分配给其它持有者。相比之下，在 Rust 中编译器确保引用永远也不会变成悬垂状态：当你拥有一些数据的引用，编译器确保数据不会在其引用之前离开作用域。

下面时一个悬垂应用的示例：

fn main() {
    dp();
} 
fn dp() -> &String {    // 返回字符串的引用
    let str = String::from("hello world!");   // 创建一个字符串
    &str      // 返回字符串的引用
}  // str 的作用域结束
// 方法返回的时字符串的引用，而字符串离开作用与，被释放，然在此返回该字符串的引用，
// 就会导致返回的结果不是预期的结果，在Rust中是不让这样操作的。

直接运行，会报如下错误：

根据报错可知，此函数的返回类型包含借用值，但没有可供借用的值，在返回类型引用处，提示：错误的声明周期修饰符。

我们改以下返回字符串本身，看一下结果怎么样？

fn main() {
    println!("value is {}", dp())
} 
fn dp() -> String {    
    let str = String::from("hello world!");   
    return str
}

运行一下看看：

发现对应的值给打印出来，所有权交出去了，所以，可打印出对应的值。

1.3 引用的规则

根据之前的结果，我们可以总结出以下两点：

在任意给定时间，要么只能有一个可变引用，要么只能有多个不可变引用。
引用必须总是有效的。

2、slice 类型

slice 允许你引用集合中一段连续的元素序列，而不用引用整个集合。slice 是一类引用，所以它没有所有权。

以下有个slice示例：

fn main() {
        let s = String::from("hello world");
        let hello = &s[0..5];
        let world = &s[6..11];
        println!("{}---{}", hello, world)  
}

运行以下，看下结果如何：

根据以上结果，可以知道hello变量从字符串（hello world）中进行截取的，开始的位置为0，长度为5，所以打印的结果为hello，而world变量是从开始索引6开始，11结束，11-5=6，那么它的长度也是5，所以打印的结果为world.

Slice 的主要结果包括2部分：

第一部分，是指针，指向数据开始的位置
第二部分，是长度，就是元素结束减去开始位置的值

以下是一个示意图，能够更加清楚知道slice与字符串的关系：

其他写法，例如取前5个字符：

fn main() {
        let s = String::from("hello world");
        let hello = &s[0..5];
        let hello1 = &s[..5];  // hello 和 hello1 是等价的
        println!("{}---{}", hello, hello1)  
}

例如取最后5个字符：

fn main() {
        let s = String::from("hello world");
        let world = &s[6..];
        let world1 = &s[6..];
        println!("{}---{}", world, world1)  
}

取整个长度的切片：

fn main() {
        let s = String::from("hello world");
        let world = &s[..];
        let world1 = &s[..];
        println!("{}---{}", world, world1)  
}