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深入了解Rust的生命周期

 更新時間:2022年12月14日 10:50:52   作者:閑魚翻不了身  
生命周期指的是引用保持有效的作用域,Rust的每個引用都有自己的生命周期。本文將通過示例和大家詳細(xì)說說Rust的生命周期,需要的可以參考一下

Rust生命周期簡介

Rust 中的每一個引用都有其 生命周期(lifetime),也就是引用保持有效的作用域。

生命周期的主要目標(biāo)是避免懸垂引用,它會導(dǎo)致程序引用了非預(yù)期引用的數(shù)據(jù)。

{
    let r;
    {
        let x = 5;
        r = &x;
    }
	//x出作用域后已經(jīng)被刪除,發(fā)生懸垂引用
    println!("r: {}", r);
}

實現(xiàn)生命周期檢查的手段:Rust 編譯器有一個 借用檢查器(borrow checker),它比較作用域來確保所有的借用都是有效的。

//函數(shù)中的泛型生命周期
fn longest(x: &str, y: &str) -> &str {
    if x.len() > y.len() {
        x
    } else {
        y
    }
}
//該函數(shù)會發(fā)生編譯錯誤,因為 Rust 并不知道將要返回的引用是指向 x 或 y
//當(dāng)我們定義這個函數(shù)的時候,并不知道傳遞給函數(shù)的具體值,所以也不知道到底是 if 還是 else 會被執(zhí)行。
//我們也不知道傳入的引用的具體生命周期,所以也就不能通過觀察作用域來確定返回的引用是否總是有效。
//借用檢查器自身同樣也無法確定,因為它不知道 x 和 y 的生命周期是如何與返回值的生命周期相關(guān)聯(lián)的。

生命周期標(biāo)注語法:

生命周期語法是用于將函數(shù)的多個參數(shù)與其返回值的生命周期進(jìn)行關(guān)聯(lián)的。一旦他們形成了某種關(guān)聯(lián),Rust 就有了足夠的信息來允許內(nèi)存安全的操作并阻止會產(chǎn)生懸垂指針亦或是違反內(nèi)存安全的行為。

Q:為什么有這個語法?

A:因為編譯器笨,借用檢查器不知道類似上述情況中的生命周期怎么比較,所以靠人手寫給他約束。

生命周期標(biāo)注并不改變?nèi)魏我玫纳芷诘拈L短。與當(dāng)函數(shù)簽名中指定了泛型類型參數(shù)后就可以接受任何類型一樣,當(dāng)指定了泛型生命周期后函數(shù)也能接受任何生命周期的引用。生命周期標(biāo)注描述了多個引用生命周期相互的關(guān)系,而不影響其生命周期。

生命周期標(biāo)注有著一個不太常見的語法:生命周期參數(shù)名稱必須以撇號(')開頭,其名稱通常全是小寫,類似于泛型其名稱非常短。'a 是大多數(shù)人默認(rèn)使用的名稱。生命周期參數(shù)標(biāo)注位于引用的 & 之后,并有一個空格來將引用類型與生命周期標(biāo)注分隔開。

//使用泛型生命周期標(biāo)注語法解決上述問題
fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
    if x.len() > y.len() {
        x
    } else {
        y
    }
}
//現(xiàn)在函數(shù)簽名表明對于某些生命周期 'a,函數(shù)會獲取兩個參數(shù),他們都是與生命周期 'a 存在的一樣長的字符串 slice。
//函數(shù)會返回一個同樣也與生命周期 'a 存在的一樣長的字符串 slice。
//它的實際含義是 longest 函數(shù)返回的引用的生命周期與傳入該函數(shù)的引用的生命周期的較小者一致。
//這就是我們告訴 Rust 需要其保證的約束條件。
//兩個直觀的例子
//1.正確示例:返回的引用生命周期與較小的string2一致,函數(shù)調(diào)用正確
fn main() {
    let string1 = String::from("long string is long");
    {
        let string2 = String::from("xyz");
        let result = longest(string1.as_str(), string2.as_str());
        println!("The longest string is {}", result);
    }
}
//2.錯誤示例:返回的引用生命周期與string2一致,但是println時,result引用生命周期已經(jīng)結(jié)束,編譯失敗
fn main() {
    let string1 = String::from("long string is long");
    let result;
    {
        let string2 = String::from("xyz");
        result = longest(string1.as_str(), string2.as_str());
    }
    println!("The longest string is {}", result);
}

類似的,結(jié)構(gòu)體,方法中使用到引用時也可以使用生命周期標(biāo)注語法。

題外話:Rust觀法有在盡力的減輕開發(fā)者負(fù)擔(dān),一些很常見的需要生命周期標(biāo)注的情況,編譯器已經(jīng)在內(nèi)部實現(xiàn)好了,未來用戶只會越來越少的使用到生命周期標(biāo)注語法。被Rust 官方考慮到的一些引用分析的模式被稱為 生命周期省略規(guī)則(lifetime elision rules)。

比較特殊的,'static,其生命周期能夠存活于整個程序期間。所有的字符串字面量都擁有 'static 生命周期。

//static生命周期
let s: &'static str = "I have a static lifetime.";

總結(jié):

生命周期概念和大多數(shù)語言一樣,但Rust對變量生命周期的檢查是很具有特色的,還有他特別的生命周期標(biāo)注語法是很性新穎的,能在編譯期處理的錯誤絕不留到運(yùn)行時這是Rust很棒的設(shè)計理念.

到此這篇關(guān)于深入了解Rust的生命周期的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Rust生命周期內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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