所有权(系统)是 Rust 最为与众不同的特性,对语言的其他部分有着深刻含义。它让 Rust 无需垃圾回收(garbage collector)即可保障内存安全,因此理解 Rust 中所有权如何工作是十分重要的。本章,我们将学习所有权以及相关功能:借用(borrowing)、slice 以及 Rust 如何在内存中布局数据。
所有程序都必须管理其运行时使用计算机内存的方式,一些语言中具有垃圾回收机制,在程序运行时有规律地寻找不再使用的内存;在另一些语言中,程序员必须亲自分配和释放内存。
C/C++ 这样的语言主要通过手动方式管理内存,开发者需要手动的申请和释放内存资源。但为了提高开发效率,只要不影响程序功能的实现,许多开发者没有及时释放内存的习惯。所以手动管理内存的方式常常造成资源浪费。
Java 语言编写的程序在虚拟机(JVM)中运行,JVM 具备自动回收内存资源的功能。但这种方式常常会降低运行时效率,所以 JVM 会尽可能少的回收资源,这样也会使程序占用较大的内存资源。
Rust 则选择了第三种方式:通过所有权系统管理内存,编译器在编译时会根据一系列的规则进行检查。如果违反了任何这些规则,程序都不能编译。在运行时,所有权系统的任何功能都不会减慢程序。
作用域是一个项(item)在程序中有效的范围。假设有这样一个变量:
let s = "hello";
变量 s 绑定到了一个字符串字面值,这个字符串值是硬编码进程序代码中的。这个变量从声明的点开始直到当前 作用域 结束时都是有效的。
{ // s 在这里无效,它尚未声明
let s = "hello"; // 从此处起,s 是有效的
// 使用 s
} // 此作用域已结束,s 不再有效
换句话说,这里有两个重要的时间点:
s 进入作用域 时,它就是有效的。 可以使用 from 函数基于字符串字面值来创建 String,如下:
let s = String::from("hello");
let s: String = String::from("hello");
这两个冒号 :: 是运算符,允许将特定的 from 函数置于 String 类型的命名空间(namespace)下,后边章节会详细学习。
可以修改此类字符串:
let mut s = String::from("hello");
s.push_str(", world!"); // push_str() 在字符串后追加字面值
println!("{}", s); // 将打印 `hello, world!`
就字符串字面值来说,我们在编译时就知道其内容,所以文本被直接硬编码进最终的可执行文件中。这使得字符串字面值快速且高效。不过这些特性都只得益于字符串字面值的不可变性。不幸的是,我们不能为了每一个在编译时大小未知的文本而将一块内存放入二进制文件中,并且它的大小还可能随着程序运行而改变。
对于 String 类型,为了支持一个可变,可增长的文本片段,需要在堆上分配一块在编译时未知大小的内存来存放内容。这意味着:
String 时将内存返回给分配器的方法。 第一部分由我们完成:当调用 String::from 时,它的实现 (implementation) 请求其所需的内存。这在编程语言中是非常通用的。
然而,第二部分实现起来就各有区别了。在有 垃圾回收(garbage collector,GC)的语言中,GC 记录并清除不再使用的内存,而我们并不需要关心它。在大部分没有 GC 的语言中,识别出不再使用的内存并调用代码显式释放就是我们的责任了,跟请求内存的时候一样。从历史的角度上说正确处理内存回收曾经是一个困难的编程问题。如果忘记回收了会浪费内存。如果过早回收了,将会出现无效变量。如果重复回收,这也是个 bug。我们需要精确的为一个 allocate 配对一个 free。
{
let s = String::from("hello"); // 从此处起,s 是有效的
// 使用 s
} // 此作用域已结束,
// s 不再有效
这是一个将 String 需要的内存返回给分配器的很自然的位置:当 s 离开作用域的时候。当变量离开作用域,Rust 为我们调用一个特殊的函数。这个函数叫做 ,在这里 String 的作者可以放置释放内存的代码。Rust 在结尾的 } 处自动调用 drop。
let x = 5;
let y = x;
上例,将变量x的值赋予y,将 5 绑定到 x;接着生成一个值 x 的拷贝并绑定到 y。现在有了两个变量,x 和 y,都等于 5。这也正是事实上发生了的,因为整数是有已知固定大小的简单值,所以这两个 5 被放入了栈中。
现在看看这个 String 版本:
let s1 = String::from("hello");
let s2 = s1;
这看起来与上面的代码非常类似,但事实上他们的运行方式是不同的,第二行并不是生成一个 s1 的拷贝并绑定到 s2 上。
从下图可以了解到String 的底层会发生什么。String 由三部分组成,如图左侧所示:一个指向存放字符串内容内存的指针,一个长度,和一个容量。这一组数据存储在栈上。右侧则是堆上存放内容的内存部分。
长度表示 String 的内容当前使用了多少字节的内存。容量是 String 从分配器总共获取了多少字节的内存。长度与容量的区别是很重要的,不过在当前上下文中并不重要,所以现在可以忽略容量。
当我们将 s1 赋值给 s2,String 的数据被复制了,这意味着我们从栈上拷贝了它的指针、长度和容量。我们并没有复制指针指向的堆上数据。换句话说,内存中数据的表现如下图所示。
如果 Rust 也拷贝了堆上的数据,那么内存看起来就是下图这样的。如果 Rust 这么做了,那么操作 s2 = s1 在堆上数据比较大的时候会对运行时性能造成非常大的影响。
当变量离开作用域后,Rust 自动调用 drop 函数并清理变量的堆内存。不过上边展示了两个数据指针指向了同一位置。这就有了一个问题:当 s2 和 s1 离开作用域,他们都会尝试释放相同的内存。这是一个叫做 二次释放(double free)的错误,也是内存安全性 bug 之一。两次释放(相同)内存会导致内存污染,它可能会导致潜在的安全漏洞。
为了确保内存安全,在 let s2 = s1; 之后,Rust 认为 s1 不再有效,因此 Rust 不需要在 s1 离开作用域后清理任何东西。看看在 s2 被创建之后尝试使用 s1 会发生什么;这段代码不能运行:
fn main() {
let s1 = String::from("hello");
let s2 = s1;
println!("{}, world!", s1);
}
在其他语言中有术语 浅拷贝(shallow copy)和 深拷贝(deep copy),那么拷贝指针、长度和容量而不拷贝数据可能听起来像浅拷贝。不过因为 Rust 同时使第一个变量无效了,这个操作被称为 移动(move),而不是叫做浅拷贝。上面的例子可以解读为 s1 被 移动 到了 s2 中。如下图,用灰色表示s1已经无效了。
这样就解决了我们的问题!因为只有 s2 是有效的,当其离开作用域,它就释放自己的内存,完毕。
另外,这里还隐含了一个设计选择:Rust 永远也不会自动创建数据的 “深拷贝”。因此,任何 自动 的复制可以被认为对运行时性能影响较小。
如果我们需要深度复制 String 中堆上的数据,而不仅仅是栈上的数据,可以使用一个叫做 clone 的通用函数。
let s1 = String::from("hello");
let s2 = s1.clone();
println!("s1 = {}, s2 = {}", s1, s2);
这段代码能正常运行,并且明确产生图 4-3 中行为,这里堆上的数据被复制了。当出现 clone 调用时,你需要知道一些特定的代码被执行而且这些代码可能相当消耗资源。
let x = 5;
let y = x;
println!("x = {}, y = {}", x, y);
这段代码似乎与我们刚刚学到的内容相矛盾:没有调用 clone,不过 x 依然有效,且没有被移动到 y 中。
原因是像整型这样的在编译时已知大小的类型被整个存储在栈上,所以拷贝其实际的值是快速的。这意味着没有理由在创建变量 y 后使 x 无效。换句话说,这里没有深浅拷贝的区别,所以这里调用 clone 并不会与通常的浅拷贝有什么不同,我们可以不用管它。
Rust 有一个叫做 Copy trait 的特殊注解,可以用在类似整型这样的存储在栈上的类型上,如果一个类型实现了 Copy trait,那么一个旧的变量在将其赋值给其他变量后仍然可用。Rust 不允许自身或其任何部分实现了 Drop trait 的类型使用 Copy trait。如果我们对其值离开作用域时需要特殊处理的类型使用 Copy 注解,将会出现一个编译时错误。
那么哪些类型实现了 Copy trait 呢?你可以查看给定类型的文档来确认,不过作为一个通用的规则,任何一组简单标量值的组合都可以实现 Copy,任何不需要分配内存或某种形式资源的类型都可以实现 Copy 。如下是一些 Copy 的类型:
u32。bool,它的值是 true 和 false。f。char。Copy 的时候。比如,(i32, i32) 实现了 Copy,但 (i32, String) 就没有。将值传递给函数与给变量赋值的原理相似。向函数传递值可能会移动或者复制,就像赋值语句一样。
fn main() {
let s = String::from("hello"); // s 进入作用域
takes_ownership(s); // s 的值移动到函数里 ...
// ... 所以到这里不再有效
let x = 5; // x 进入作用域
makes_copy(x); // x 应该移动函数里,
// 但 i32 是 Copy 的,
// 所以在后面可继续使用 x
} // 这里,x 先移出了作用域,然后是 s。但因为 s 的值已被移走,
// 没有特殊之处
fn takes_ownership(some_string: String) { // some_string 进入作用域
println!("{}", some_string);
} // 这里,some_string 移出作用域并调用 `drop` 方法。
// 占用的内存被释放
fn makes_copy(some_integer: i32) { // some_integer 进入作用域
println!("{}", some_integer);
} // 这里,some_integer 移出作用域。没有特殊之处
返回值也可以转移所有权。
fn main() {
let s1 = gives_ownership(); // gives_ownership 将返回值
// 转移给 s1
let s2 = String::from("hello"); // s2 进入作用域
let s3 = takes_and_gives_back(s2); // s2 被移动到
// takes_and_gives_back 中,
// 它也将返回值移给 s3
} // 这里,s3 移出作用域并被丢弃。s2 也移出作用域,但已被移走,
// 所以什么也不会发生。s1 离开作用域并被丢弃
fn gives_ownership() -> String { // gives_ownership 会将
// 返回值移动给
// 调用它的函数
let some_string = String::from("yours"); // some_string 进入作用域。
some_string // 返回 some_string
// 并移出给调用的函数
//
}
// takes_and_gives_back 将传入字符串并返回该值
fn takes_and_gives_back(a_string: String) -> String { // a_string 进入作用域
//
a_string // 返回 a_string 并移出给调用的函数
}
以上代码尝试运行并输出,s1和s3是可以正确输出的:
但当尝试输出s2时,会出现错误:
因为s2已经经过函数 takes_and_gives_back(s2) 将所有权转移给了s3,s2已经失效了。
变量的所有权总是遵循相同的模式:将值赋给另一个变量时移动它。当持有堆中数据值的变量离开作用域时,其值将通过 drop 被清理掉,除非数据被移动为另一个变量所有。
虽然这样是可以的,但是在每一个函数中都获取所有权并接着返回所有权有些啰嗦。如果我们想要函数使用一个值但不获取所有权该怎么办呢?如果我们还要接着使用它的话,每次都传进去再返回来就有点烦人了,除此之外,我们也可能想返回函数体中产生的一些数据。
我们可以使用元组来返回多个值:
fn main() {
let s1 = String::from("hello");
let (s2, len) = calculate_length(s1);
println!("The length of '{}' is {}.", s2, len);
}
fn calculate_length(s: String) -> (String, usize) {
let length = s.len(); // len() 返回字符串的长度
(s, length)
}
Rust 对此提供了一个不用获取所有权就可以使用值的功能,叫做 引用(references)。
再看上述例子,将输出s2,改成输出s1:
fn main() {
let s1 = String::from("hello");
let (s2, len) = calculate_length(s1);
println!("The length of '{}' is {}.", s1, len);
}
fn calculate_length(s: String) -> (String, usize) {
let length = s.len(); // len() 返回字符串的长度
(s, length)
}
这段代码是无法运行的,因为s1已经将所有权转移到了 calculate_length 函数里,s1已经失效了,所以当输出s1时会报错。
但是,如果我们定义并使用一个新的 calculate_length 函数,它以一个对象的引用作为参数而不是获取值的所有权:
fn main() {
let s1 = String::from("hello");
let len = calculate_length(&s1);
println!("The length of '{}' is {}.", s1, len);
}
fn calculate_length(s: &String) -> usize {
s.len()
}
这段代码是可以正确运行并输出结果的:
&s1 语法让我们创建一个 指向 值 s1 的引用,但是并不拥有它。因为并不拥有这个值,所以当引用停止使用时,它所指向的值也不会被丢弃。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。
fn main() {
let a = String::from("Hello world!");
let b = &a;
println!("The value of a is {a}");
println!("The value of b is {b}");
}
这段代码可以正确运行:
而接下来这段代码:
fn main() {
let a = String::from("Hello world!");
let b = a;
println!("The value of a is {a}");
println!("The value of b is {b}");
}
是有错误的:
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,*。在以后的章节会学习到。
我们将创建一个引用的行为称为 借用(borrowing)。正如现实生活中,如果一个人拥有某样东西,你可以从他那里借来。当你使用完毕,必须还回去。我们并不拥有它。
如果我们尝试修改借用的变量内容呢?
fn main() {
let s = String::from("hello");
change(&s);
}
fn change(some_string: &String) {
some_string.push_str(", world");
}
编译会出现错误:
和前边所学的变量一样,引用也一样。(默认)不允许修改引用的值。
如果想要修改引用的值,可将上述代码修改如下:
fn main() {
let mut s = String::from("hello");
change(&mut s);
println!("{s}");
}
fn change(some_string: &mut String) {
some_string.push_str(", world");
}
我们必须将 s 改为 mut。然后在调用 change 函数的地方创建一个可变引用 &mut s,并更新函数签名以接受一个可变引用 some_string: &mut String。这就非常清楚地表明,change 函数将改变它所借用的值。
fn main() {
let mut s = String::from("hello");
let r1 = &mut s;
let r2 = &mut s;
println!("{}, {}", r1, r2);
}
这样的用法是错误的,我们不能在同一时间多次将 s 作为可变变量借用。
可以这样写:
fn main() {
let mut s = String::from("hello");
let r1 = &mut s;
println!("r1 is {}", r1);
let r2 = &mut s;
println!("r2 is {}", r2);
}
这段代码运行结果:
第一个可变的借入在 r1 中,并且必须持续到在 println! 中使用它,但是如果在那个可变引用的创建和它的使用之间,我们又尝试在 r2 中创建另一个可变引用,该引用借用与 r1 相同的数据,就会出现错误。
这一以一种非常小心谨慎的方式允许可变性,防止同一时间对同一数据存在多个可变引用。这个的好处是 Rust 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:
数据竞争会导致未定义行为,难以在运行时追踪,并且难以诊断和修复;Rust 避免了这种情况的发生,因为它甚至不会编译存在数据竞争的代码!
可以使用大括号来创建一个新的作用域,以允许拥有多个可变引用,只是不能 同时 拥有:
let mut s = String::from("hello");
{
let r1 = &mut s;
} // r1 在这里离开了作用域,所以我们完全可以创建一个新的引用
let r2 = &mut s;
Rust 在同时使用可变与不可变引用时也采用的类似的规则。这些代码会导致一个错误:
fn main() {
let mut s = String::from("hello");
let r1 = &s; // 没问题
let r2 = &s; // 没问题
let r3 = &mut s; // 大问题
println!("{}, {}, and {}", r1, r2, r3);
}
Amazing!!!我们也不能在拥有不可变引用的同时拥有可变引用。
不可变引用的用户可不希望在他们的眼皮底下值就被意外的改变了!然而,多个不可变引用是可以的,因为没有哪个只能读取数据的人有能力影响其他人读取到的数据。
注意一个引用的作用域从声明的地方开始一直持续到最后一次使用为止。例如,因为最后一次使用不可变引用(println!),发生在声明可变引用之前,所以如下代码是可以编译的:
fn main() {
let mut s = String::from("hello");
let r1 = &s; // 没问题
let r2 = &s; // 没问题
println!("{} and {}", r1, r2);
// 此位置之后 r1 和 r2 不再使用
let r3 = &mut s; // 没问题
println!("{}", r3);
}
不可变引用 r1 和 r2 的作用域在 println! 最后一次使用之后结束,这也是创建可变引用 r3 的地方。它们的作用域没有重叠,所以代码是可以编译的。编译器可以在作用域结束之前判断不再使用的引用。
但如果是这样:
fn main() {
let mut s = String::from("hello");
let r1 = &s; // 没问题
let r2 = &s; // 没问题
println!("{} and {}", r1, r2);
// 此位置之后 r1 和 r2 还会使用
let r3 = &mut s; // 错误
println!("{}", r3);
println!("{} and {}", r1, r2);
}
还会出现和前边一样的错误,因为创建可变引用 r3 的地方之后还会用到r1和r2,所以r3这里创建可变引用就会出现错误,因为r3可以改变引用的值,所以可能会有潜在的bug。
请牢记这是 Rust 编译器在提前指出一个潜在的 bug(在编译时而不是在运行时)并精准显示问题所在。这样你就不必去跟踪为何数据并不是你想象中的那样。
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。
fn main() {
let reference_to_nothing = dangle();
}
fn dangle() -> &String {
let s = String::from("hello");
&s
}
因为 s 是在 dangle 函数内创建的,当 dangle 的代码执行完毕后,s 将被释放。不过我们尝试返回它的引用。这意味着这个引用会指向一个无效的 String,这可不对!Rust 不会允许我们这么做。
让我们概括一下之前对引用的讨论:
接下来,我们来看看另一种不同类型的引用:slice。
slice允许引用集合中的一段连续的元素序列,而不引用整个集合。silice是一类引用,所以它没用所有权。
这里有个例子:编写一个函数,该函数接受一个用空格分割单词的字符串,并返回在该字符串中找到的第一个单词。如果函数在该字符串中并未找到空格,则整个字符串就是一个单词,所以应该返回整个字符串。
在不用slice的情况下编写这个函数。
fn first_word(s: &String) -> ?
first_word 函数有一个参数,&String ,因为我们不需要所有权,所以这没什么问题。不过应该返回什么呢?我们目前还没有一个真正获取部分字符串的办法,不过我们可以返回单词结尾的索引,结尾由一个空格表示。
fn first_word(s: &String) -> usize {
let bytes = s.as_bytes(); //as_bytes() 将 String 转化为字节数组
for (i, &item) in bytes.iter().enumerate() { //使用 iter 方法在字节数组上创建一个迭代器
if item == b' ' {
return i;
}
}
s.len()
}
因为需要逐个元素的检查 String 中的值是否为空格,需要用 as_bytes 方法将 String 转化为字节数组。接下来,使用 iter 方法在字节数组上创建一个迭代器,iter 方法返回集合中的每一个元素,而 enumerate 包装了 iter 的结果,将这些元素作为元组的一部分来返回。enumerate 返回的元组中,第一个元素是索引,第二个元素是集合中元素的引用。在 for 循环中,我们指定了一个模式,其中元组中的 i 是索引而,元组中的 &item 是单个字节。因为我从 iter().enumerate() 中获取了集合元素的引用,所以模式中使用了 &。
在 for 循环中,我们通过字节的字面值语法来寻找代表空格的字节。如果找到了一个空格,返回它的位置。否则,使用 s.len() 返回字符串的长度。
现在有了一个找到字符串中第一个单词结尾索引的方法,不过这有一个问题。我们返回了一个的 usize,不过它只在 &String 的上下文中才是一个有意义的数字。换句话说,因为它是一个与 String 相分离的值,无法保证将来它仍然有效。例如:
fn main() {
let mut s = String::from("hello world");
let word = first_word(&s); // word 的值为 5
s.clear(); // 这清空了字符串,使其等于 ""
// word 在此处的值仍然是 5,
// 但是没有更多的字符串让我们可以有效地应用数值 5。word 的值现在完全无效!
}
这个程序编译时没有任何错误,而且在调用 s.clear() 之后使用 word 也不会出错。因为 word 与 s 状态完全没有联系,所以 word 仍然包含值 5。可以尝试用值 5 来提取变量 s 的第一个单词,不过这是有 bug 的,因为在我们将 5 保存到 word 之后 s 的内容已经改变。
我们不得不时刻担心 word 的索引与 s 中的数据不再同步,这很啰嗦且易出错!如果编写这么一个 second_word 函数的话,管理索引这件事将更加容易出问题。它的签名看起来像这样:
fn second_word(s: &String) -> (usize, usize) {
现在我们要跟踪一个开始索引 和 一个结尾索引,同时有了更多从数据的某个特定状态计算而来的值,但都完全没有与这个状态相关联。现在有三个飘忽不定的不相关变量需要保持同步。
也就是说,在这个例子中,单词的长度和字符串的内容是紧密相关的,在这里的定义中字符串的长度和字符串 s 是没用任何关系的,如果字符串的内容在之后发生了改变,那么这个单词的长度word便没有了任何意义。
幸运的是,Rust 为这个问题提供了一个解决方法:字符串 slice。
字符串 slice(string slice)是 String 中一部分值的引用,它看起来像这样:
let s = String::from("hello world");
let hello = &s[0..5];
let world = &s[6..11];
不同于整个 String 的引用,hello 是一个部分 String 的引用,由一个额外的 [0..5] 部分指定。可以使用一个由中括号中的 [starting_index..ending_index] 指定的 range 创建一个 slice,其中 starting_index 是 slice 的第一个位置,ending_index 则是 slice 最后一个位置的后一个值。在其内部,slice 的数据结构存储了 slice 的开始位置和长度,长度对应于 ending_index 减去 starting_index 的值。所以对于 let world = &s[6..11]; 的情况,world 将是一个包含指向 s 索引 6 的指针和长度值 5 的 slice。
对于 Rust 的 .. range 语法,如果想要从索引 0 开始,可以不写两个点号之前的值。换句话说,如下两个语句是相同的:
let s = String::from("hello");
let slice = &s[0..2];
let slice = &s[..2];
依此类推,如果 slice 包含 String 的最后一个字节,也可以舍弃尾部的数字。这意味着如下也是相同的:
let s = String::from("hello");
let len = s.len();
let slice = &s[3..len];
let slice = &s[3..];
也可以同时舍弃这两个值来获取整个字符串的 slice。所以如下亦是相同的:
let s = String::from("hello");
let len = s.len();
let slice = &s[0..len];
let slice = &s[..];
在记住所有这些知识后,让我们重写 first_word 来返回一个 slice。“字符串 slice” 的类型声明写作 &str:
fn first_word(s: &String) -> &str {
let bytes = s.as_bytes();
for (i, &item) in bytes.iter().enumerate() {
if item == b' ' {
return &s[0..i];
}
}
&s[..]
}
我们使用跟上个例子相同的方式获取单词结尾的索引,通过寻找第一个出现的空格。当找到一个空格,我们返回一个字符串 slice,它使用字符串的开始和空格的索引作为开始和结束的索引。
现在当调用 first_word 时,会返回与底层数据关联的单个值。这个值由一个 slice 开始位置的引用和 slice 中元素的数量组成。
现在我们有了一个不易混淆且直观的 API 了,因为编译器会确保指向 String 的引用持续有效。在上述例子描述的bug,当我们获取第一个单词结尾的索引后,接着就清除了字符串导致索引。那些代码在逻辑上是不正确的,但却没有显示任何直接的错误。问题会在之后尝试对空字符串使用第一个单词的索引时出现。slice 就不可能出现这种 bug 。如果我们利用slice,再用到上述的例子,将会出现错误:
fn main() {
let mut s = String::from("hello world");
let word = first_word(&s);
s.clear(); // 错误!
println!("the first word is: {}", word);
}
回忆一下借用规则,当拥有某值的不可变引用时,就不能再获取一个可变引用。因为 clear 需要清空 String,它尝试获取一个可变引用。在调用 clear 之后的 println! 使用了 word 中的引用,所以这个不可变的引用在此时必须仍然有效。Rust 不允许 clear 中的可变引用和 word 中的不可变引用同时存在,因此编译失败。Rust 不仅使得我们的 API 简单易用,也在编译时就消除了一整类的错误!
还记得我们讲到过字符串字面值被储存在二进制文件中吗?现在知道 slice 了,我们就可以正确地理解字符串字面值了:
let s:&str = "Hello, world!";
这里 s 的类型是 &str:它是一个指向二进制程序特定位置的 slice。这也就是为什么字符串字面值是不可变的;&str 是一个不可变引用。
为了使得可以对 &String 值和 &str 值使用相同的函数,如果有一个字符串 slice,可以直接传递它,可以将上边的函数签名改成:
fn first_word(s: &str) -> &str {
如果有一个 String,则可以传递整个 String 的 slice 或对 String 的引用。这种灵活性利用了 deref coercions 的优势,这个特性我们将在“函数和方法的隐式Deref强制转换”章节中学到。定义一个获取字符串 slice 而不是 String 引用的函数使得我们的 API 更加通用并且不会丢失任何功能:
fn main() {
let my_string = String::from("hello world");
// `first_word` 适用于 `String`(的 slice),部分或全部
let word = first_word(&my_string[0..6]);
let word = first_word(&my_string[..]);
// `first_word` 也适用于 `String` 的引用,
// 这等价于整个 `String` 的 slice
let word = first_word(&my_string);
let my_string_literal = "hello world";
// `first_word` 适用于字符串字面值,部分或全部
let word = first_word(&my_string_literal[0..6]);
let word = first_word(&my_string_literal[..]);
// 因为字符串字面值已经 **是** 字符串 slice 了,
// 这也是适用的,无需 slice 语法!
let word = first_word(my_string_literal);
}
fn first_word(s: &str) -> &str {
let bytes = s.as_bytes();
for (i, &item) in bytes.iter().enumerate() {
if item == b' ' {
return &s[0..i];
}
}
&s[..]
}
字符串 slice,是针对字符串的。不过也有更通用的 slice 类型。考虑一下这个数组:
let a = [1, 2, 3, 4, 5];
就跟我们想要获取字符串的一部分那样,我们也会想要引用数组的一部分。我们可以这样做:
let a = [1, 2, 3, 4, 5];
let slice = &a[1..3];
assert_eq!(slice, &[2, 3]);
这个 slice 的类型是 &[i32]。它跟字符串 slice 的工作方式一样,通过存储第一个集合元素的引用和一个集合总长度。你可以对其他所有集合使用这类 slice。第八章讲到 vector 时会详细讨论这些集合。
所有权、借用和 slice 这些概念让 Rust 程序在编译时确保内存安全。Rust 语言提供了跟其他系统编程语言相同的方式来控制你使用的内存,但拥有数据所有者在离开作用域后自动清除其数据的功能意味着你无须额外编写和调试相关的控制代码。
所有权系统影响了 Rust 中很多其他部分的工作方式,所以我们还会继续讲到这些概念,这将贯穿本书的余下内容。让我们开始第五章,来看看如何将多份数据组合进一个 struct 中。
Rust语言基础教程学习【一】:
Rust语言基础教程学习【二】:
Rust语言基础教程学习【四】:
Rust语言基础教程学习【五】:
Rust语言基础教程学习【六】:
Rust语言基础教程学习【七】:
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