Rust核心：【所有权】相关知识点

rust在内存资源管理上采用了（先进优秀？算吗）但特立独行的设计思路：所有权。这是rust的核心，贯穿在整个rust语言的方方面面，并以此为基点来重新思考和重构软件开发体系。

涉及到的概念点：借用，引用，生命周期

借用（borrowing）

这里就要谈到这篇文章的主题，也是rust绕不开的主题：所有权。

所有权模型：Rust 的所有权模型允许值在内存中有唯一的所有者

一开始我以为：引用就是其他语言（如go）里常见的引用, 而借用是更在引用之上的一种抽象，是对我们【使用引用去达到目的】这种行为的抽象。因为我看到在一些教程里直接将两者等同混用，但其实是不对的，

因为：Rust语言中的引用和其他语言中的引用不一样，其他语言里的引用是变量的别名，Rust语言中的引用是指向某个值的指针，而不是别名。在其他语言中，引用就相当于拿到了值的别名，跟原来的值是同一个东西，可以进行任何无差别访问。在Rust语言中的借用都是临时借用使用权，并不破坏单一所有权原则。

"借用" 是指通过引用来访问值而不获取所有权 ; Rust 使用 "借用" 这个术语来强调在借用期间，被借用的值的仍然归原所有者所有，并且原所有者在借用期间仍然保持可变性和原始值的所有权。

就好比我从你那里借了一本书，但我肯定不能随意在上面乱写乱画，因为书还是归你所有。所以Rust的借用默认是不可变的，如果想要修改借用的值，需要显示的声明使用可变借用&mut x（取得书主人的授权）。

通过借用而不是其他语言中的直接引用，可以确保在借用期间只有一个可变或不可变的访问者，避免了悬空指针和内存安全问题。

Rust里的借用没有开辟单独的表现方式，形式上仍然是其他语言里引用的样子：在rust里，以变量前加"&"符来表示不可变借用，例如&x ，用&mut 表示可变借用,例如:&mut x。

从能力范围上来看：借用包含了传统意义上的引用，但是能力范围又大于引用。注意这个图只是从能力范围上来看，可变借用和传统引用好像一样，本质还是不同的，即可变借用没有获取原始变量的所有权，就好比我租了你的房子，谈好条件可以让我装修，但房子还是你的，但在我装修房子后，你再给别的租客（别的借用）来看这个房子的时候，这个房子会是装修好后的样子。

借用的限制

为了保证内存安全，Rust语言中的借用也有一些限制，比如：

在同一作用域中，同一数据只能有一个可变借用，即多个可变借用不能同时存在（更准确是同一所有权型变量的多个可变借用作用域不能交叠）。
在同一个作用域中，同一数据可以有多个不可变借用。
在一个作用域中，可变借用与不可变借用不能同时存在 (更准确是可变借用与不可变借用的作用域不能交叠)
所有借用的生命周期不能超出值的生命周期（防止悬垂指针，保证内存安全）。
在有借用（包括可变借用和不可变借用）存在的情况下，不能通过原所有权型变量对值进行更新。当借用完成后（借用变量的作用域结束），物归原主，才又可以使用所有权型变量对值做更新操作了。

rust 复制代码

fn main(){
    let mut a = 10u32;
    let b = &a;
    a = 50;
    println!("{b}")
}
-----------------------
fn main(){
    let mut a = 10u32;
    let b = &mut a;
    a = 50;
    println!("{b}")
}
两个例子都不能通过编译

另外有个格外的要单独说明的点：可变引用的再赋值，会执行移动操作（而不是复制），赋值后，原来那个可变引用的变量就不能用了。可以看出：一个☝️所有权型变量的可变引用也具有所有权特征。

多级可变引用

对于多级可变引用，要利用可变引用去修改目标资源值的时候，需要做正确的多级解引用操作，比如两级引用就要对应两级接引用。而且这个引用过程中必须保证全是可变引用，才可以修改到目标资源的值。

对于多级引用的，打印语句可以为我们自动接引用到正确的层数，直至访问到目标资源值。这很符合人的意图和业务需求。

在这里有个有意思的对比：

go 复制代码

go:
func main() {
	var a = 10
	var b = &a
	fmt.Println(a)//output:10
	fmt.Println(b)//output:0x... (memory address )
}

rust 复制代码

rust:
fn main() {
	let a = 10u32;
	let b = &a;
	let c = &&&&&&&a;
	println!(a)//output:10
	println!(b)//output:10 
	println!(c)//output:10 
}

可以看到rust像gpt一样识别到了我们的人类意图，没有打印的引用的内存地址，而是打印了被引用对象的值。事实上，哪怕是像let c = &&&&&&&a这种对a的多级引用，rust也仍然正确获取了a的值。

触发所有权转移的行为

会触发所有权转移的行为有：赋值操作，函数入参，函数返回值，集合操作中的移动（如Vec、HashMap等），迭代器中的移动：

先来看一个列子

rust 复制代码

fn main() {
    let s = String::from("rust");
    let s1 = s; // s的所有权转移给了s1, s不再有效
    // println!("{}", s); // 此处会报错，因为s已经不再有效
    println!("{}", s1);
    // s1释放
}

上面的例子中，当把s赋值给s1时，s的所有权转移到了s1，s不再有效，也就是Move语义，以确保字符串rust在同一时刻只能有一个所有者。当s1离开作用域时，s1的所有权释放，字符串rust也随之释放。

再来看下边一个：

rust 复制代码

fn main(){
    let  a = 10u32;
    let b = a;
    println!("{a}");// 此处不会报错，此时a和b都是有效的
    // a 释放
    println!("{b}");
    // b 释放
}

为什么字符串的复制会报错而整数类型不会报错呢？

这是因为Rust对简单数据类型做了处理。假如整型、浮点型、布尔型等，这都需要转移所有权，那这程序编写起来也太复杂了吧。所以Rust语言对于这些简单数据类型，采用了Copy trait来实现，这样就是复制，而不是转移所有权 。在上边的例子中因为a是简单数据类型，采用了Copy trait，所以a和b都是有效的。
实现了Copy trait的类型，在赋值或者传参时，值会自动按位拷贝；而对于没有实现Copy trait的类型，会采用Move转移所有权的方式来传递数据。

实现了Copy trait的类型：

原生类型：整型(i8,u8,i16,u16,i32,u32,i64,u64,i128,u128,isize,usize)、浮点型(f32,f64)、布尔型、字符型(char)、单元类型()、Never Type(!)。
不可变引用(&T)
函数指针
裸指针(*const T, *mut T)
数组 $T;N$ 、元组(T1, T2, ..., Tn)、Option类型(需要注意的是：只有当它们的元素类型都实现了Copy trait时，它们才实现了Copy trait)。

对于复合类型，比如枚举体和结构体，Rust语言默认是不实现Copy trait的，但是如果这些类型的所有成员都实现了Copy trait，那么你可以手动添加# $derive(Copy, Clone)$ 来实现Copy trait。如果内部结构包含Move语义的类型，那么就无法实现Copy trait。