昨天在Rust 编程学习笔记Day 5 -借用or引用 Borrow语义 中,我们发现一个问题:一旦 data 离开了作用域被释放,如果还有引用指向 data,就会造成我们想极力避免的使用已释放内存(use after free)这样的内存安全问题,该怎么办呢?这就引出了我们今天的主角。

借用的生命周期及其约束

所以在对值的引用也要有约束:借用不能超过值的生存周期。什么意思呢?说人话就是,生命周期短的可以借用生命周期长的,生命周期长的不能借用短的。

先看一下以下代码:

fnmain(){ letr=local_ref(); println!("r:{:p}",r); } fnlocal_ref<'a>()->&'ai32{ leta=42; &a }

这个case中,生命周期更长的 main() 函数变量 r ,引用了生命周期更短的 local_ref() 函数里的局部变量。在Golang里会自动把a 逃逸到堆上。但是在Rust中是编译不过去的。因为这样违背了引用约束。

好,说到这里我们还只是在学到了rust里的只读借用。有些情况我们需要在借用的过程中修改值的内容,这就需要用到可变借用

可变借用

在没有引入可变借用之前,因为一个值同一时刻只有一个所有者,所以如果要修改这个值,只能通过唯一的所有者进行。但是,如果允许借用改变值本身,会带来新的问题。我们先看第一种情况,多个可变引用共存

fnmain(){ letmutdata=vec![1,2,3]; foritemindata.iter_mut(){ data.push(*item 1); } }

这段代码中,data.iter_mut() 方法 是 &mut,已经可变借用一次;然后在 {} 中,data.push() 方法 还是 &mut, 在第一次 &mut 期间,又 一次 &mut,在同一作用域下,多个可变引用,这是不合法的。Rust 编译器阻止了这种情况,上述代码会编译出错。如图1:

rust 多线程 队列(Borrow的生命周期及约束规则)(1)

说人话就是:在同一作用域下,可变引用超过了一次就会报错,不能有多个可变引用。

那如果有一个可变引用和多个只读引用,可以吗?

fnmain(){ letmutdata=vec![1,2,3]; letdata1=vec![&data[0]]; println!("data[0]:{:p}",&data[0]); foriin0..100{ data.push(i); } println!("data[0]:{:p}",&data[0]); println!("boxed:{:p}",&data1); }

rust 多线程 队列(Borrow的生命周期及约束规则)(2)

可以从图中看到依然报错。下面我们来总结一下引用的限制。

Rust 的限制

为了保证内存安全,Rust对可变引用的使用做了严格的约束:

说人话就是:一个可变引用和多个只读引用 在一个作用域内,要么一个可变(写),要么多个不变(读)。这个约束规则和读写锁(RwLock)非常类似,可以类比学习。

从可变引用的约束我们可以看到,Rust 不但解决了 GC 可以解决的内存安全问题,还解决了 GC 无法解决的问题。在编写代码的时候, Rust 编译器可以像一个老师一样,不断提示我们采用最佳方案来码出安全的代码。

其实,我们抛开这些上层的规则,搞清楚数据在堆栈中如何存放,在内存中如何访问,然后自下而上理解这些概念,才是最佳途径。

总结

这2天我们学习了 Borrow 语义,搞清楚了只读引用和可变引用的原理,结合前面学习的 Move / Copy 语义,Rust 编译器会通过检查,来确保代码没有违背这一系列的规则:

  1. 一个值在同一时刻只有一个所有者。当所有者离开作用域,其拥有的值会被丢弃。赋值或者传参会导致值 Move,所有权被转移,一旦所有权转移,之前的变量就不能访问。
  2. 如果值实现了 Copy trait,那么赋值或传参会使用 Copy 语义,相应的值会被按位拷贝,产生新的值。
  3. 一个值可以有多个只读引用。
  4. 一个值可以有唯一一个活跃的可变引用。可变引用(写)和只读引用(读)是互斥的关系,就像并发下数据的读写互斥那样。
  5. 引用的生命周期不能超出值的生命周期。

快速复习:

rust 多线程 队列(Borrow的生命周期及约束规则)(3)

产品经理的需求总是多变的,有时候要满足产品的需求就要突破“一个只有一个所有者"的限制。具体怎么做呢?我们明天继续学习。

最后老张祝大家 祝春节快乐!身体健康!万事如意!幸福美满!

#我的生活也是##程序员##创作挑战赛#

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