【Rust】——所有权规则、内存分配

🎯所有权规则

重要：

1. Rust 中的每一个值都有一个 所有者（owner）。
2. 值在任一时刻有且只有一个所有者。
3. 当所有者（变量）离开作用域，这个值将被丢弃。

🎯变量作用域

作用域（scope）。作用域是一个项（item）在程序中有效的范围。

    {                      // 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：

• 当 s 进入作用域 时，它就是有效的。
• 这一直持续到它 离开作用域 为止。

目前为止，变量是否有效与作用域的关系跟其他编程语言是类似的。

🎯String类型

String比哪些基础的标量数据类型更复杂。

字符串字面值：程序里手写的哪些字符串值：

• 他们是不可变的。
• 非所有字符串的值都能在编写代码时就知道

这个类型管理被分配到堆上的数据，所以能够存储在编译时未知大小的文本。

let s = 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，而不需要使用类似 string_from 这样的名字。

    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!`

🎯内存和分配

       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。

       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：

• 必须在运行时向内存分配器（memory allocator）请求内存。
• 需要一个当我们处理完 String 时将内存返回给分配器的方法。

       Rust 采取了一个不同的策略：内存在拥有它的变量离开作用域后就被自动释放。

       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 drop，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。

🎯变量和数据交互的方式：移动（Move）

在 Rust 中，多个变量可以采取不同的方式与同一数据进行交互。

    let x = 5;
    let y = x;

       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。

1. let s1 = String::from("hello");
2. let s2 = s1;

       这看起来与上面的代码非常类似，所以我们可能会假设它们的运行方式也是类似的：也就是说，第二行可能会生成一个 s1 的拷贝并绑定到 s2 上。不过，事实上并不完全是这样。

       如下图所示：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。

       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。

重点：之前我们提到过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。不过图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，它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，也是之前提到过的内存安全性 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。

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       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。

       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。

🎯变量和数据交互的方式：克隆（clone）

    let s1 = String::from("hello");
    let s2 = s1.clone();
 
    println!("s1 = {}, s2 = {}", s1, s2);

       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。

       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：

• 所有整数类型，比如 u32。
• 布尔类型，bool，它的值是 true 和 false。
• 所有浮点数类型，比如 f64。
• 字符类型，char。
• 元组，当且仅当其包含的类型也都实现 Copy 的时候。比如，(i32, i32) 实现了 Copy，但 (i32, String) 就没有。