這篇教程是現行3個Rust所有權系統之一。所有權系統是Rust最獨特且最引人入勝的特性之一,也是作為Rust開發者應該熟悉的。Rust所追求最大的目標 -- 內存安全,關鍵在于所有權。所有權系統有一些不同的概念,每個概念獨自成章:
* 所有權,你正在閱讀的這個章節
* [借用](http://kaisery.gitbooks.io/rust-book-chinese/content/content/5.9.References%20and%20Borrowing%20%E5%BC%95%E7%94%A8%E5%92%8C%E5%80%9F%E7%94%A8.md),以及它關聯的特性: "引用" (references)
* [生命周期](http://kaisery.gitbooks.io/rust-book-chinese/content/content/5.10.Lifetimes%20%E7%94%9F%E5%91%BD%E5%91%A8%E6%9C%9F.md),關于借用的高級概念
這3章依次互相關聯,你需要完整地閱讀全部3章來對Rust的所有權系統進行全面的了解。
## 原則(Meta)
在我們開始詳細講解之前,這有兩點關于所有權系統重要的注意事項。
Rust注重安全和速度。它通過很多_零開銷抽象_(_zero-cost abstractions_)來實現這些目標,也就是說在Rust中,實現抽象的開銷盡可能的小。所有權系統是一個典型的零開銷抽象的例子。本文提到所有的分析都是**在編譯時完成的**。你不需要在運行時為這些功能付出任何開銷。
然而,這個系統確實有一個開銷:學習曲線。很多Rust初學者會經歷我們所謂的“與借用檢查器作斗爭”的過程,也就是指Rust編譯器拒絕編譯一個作者認為合理的程序。這種“斗爭”會因為程序員關于所有權系統如何工作的基本模型與Rust實現的實際規則不匹配而經常發生。當你剛開始嘗試Rust的時候,你很可能會有相似的經歷。然而有一個好消息:更有經驗的Rust開發者反應,一旦他們適應所有權系統一段時間之后,與借用檢查器的沖突會越來越少。
記住這些之后,讓我們來學習關于所有權的內容。
## 所有權(Ownership)
Rust中的[變量綁定](http://doc.rust-lang.org/stable/book/variable-bindings.html)有一個屬性:它們有它們所綁定的的值的_所有權_。這意味著當一個綁定離開作用域,它們綁定的資源就會被釋放。例如:
~~~
fn foo() {
let v = vec![1, 2, 3];
}
~~~
當`v`進入作用域,一個新的[Vec](http://doc.rust-lang.org/stable/std/vec/struct.Vec.html)被創建,向量(vector)也在[堆](http://doc.rust-lang.org/stable/book/the-stack-and-the-heap.html)上為它的3個元素分配了空間。當`v`在`foo()`的末尾離開作用域,Rust將會清理掉與向量(vector)相關的一切,甚至是堆上分配的內存。這在作用域的結尾是一定(deterministically)會發生的。
## 移動語義
然而這里有更巧妙的地方:Rust確保了對于任何給定的資源都_正好(只)有一個_綁定與之對應。例如,如果我們有一個向量(vector),我們可以把它賦予另外一個綁定:
~~~
let v = vec![1, 2, 3];
let v2 = v;
~~~
不過,如果之后我們嘗試使用`v`,我們得到一個錯誤:
~~~
let v = vec![1, 2, 3];
let v2 = v;
println!("v[0] is: {}", v[0]);
~~~
它看起來像這樣:
~~~
error: use of moved value: `v`
println!("v[0] is: {}", v[0]);
^
~~~
當我們定義了一個取得所有權的函數,并嘗試在我們把變量作為參數傳遞給函數之后使用這個變量時,會發生相似的事情:
~~~
fn take(v: Vec<i32>) {
// what happens here isn’t important.
}
let v = vec![1, 2, 3];
take(v);
println!("v[0] is: {}", v[0]);
~~~
一樣的錯誤:“use of moved value”。當我們把所有權轉移給別的別的綁定時,我們說我們“移動”了我們引用的值。這里你并不需要什么類型的特殊注解,這是Rust的默認行為。
## 細節
在移動了綁定后我們不能使用它的原因是微妙的,也是重要的。當我們寫了這樣的代碼:
~~~
let v = vec![1, 2, 3];
let v2 = v;
~~~
第一行為向量(vector)對象和它包含的數據分配了內存。向量對象儲存在[棧](http://doc.rust-lang.org/stable/book/the-stack-and-the-heap.html)上并包含一個指向[堆](http://doc.rust-lang.org/stable/book/the-stack-and-the-heap.html)上`[1, 2, 3]`內容的指針。當我們從`v`移動到`v2`,它為`v2`創建了一個那個指針的拷貝。這意味著這將會有兩個指向向量內容的指針。這將會因為引入了一個數據競爭而違反Rust的安全保證。因此,Rust禁止我們在移動后使用`v`。
注意到優化可能會根據情況移除棧上字節(例如上面的向量)的實際拷貝也是很重要的。所以它也許并不像它開始看起來那樣沒有效率。
## `Copy`類型
我們已經建立起了當所有權被轉移給另一個綁定時,你不能使用原始綁定的觀念后。然而,這里有一個[特性](http://doc.rust-lang.org/stable/book/traits.html)會改變這個行為,它叫做`Copy`。我們還沒有討論到特性,不過目前,你可以理解為一個為特定類型增加額外行為的標記。例如:
~~~
let v = 1;
let v2 = v;
println!("v is: {}", v);
~~~
在這個情況,`v`是一個`i32`,它實現了`Copy`特性。這意味著,就像一個移動,當我們把`v`賦值給`v2`,產生了一個數據的拷貝。不過,不像一個移動,我們仍可以在之后使用`v`。這是因為`i32`并沒有指向其它數據的指針,對它的拷貝是一個完整的拷貝。
我們會在[特性](http://doc.rust-lang.org/stable/book/traits.html)部分討論如何編寫你自己類型的`Copy`。
## 所有權之外(More than ownership)
當然,如果我們不得不在每個我們寫的函數中交還所有權:
~~~
fn foo(v: Vec<i32>) -> Vec<i32> {
// do stuff with v
// hand back ownership
v
}
~~~
這將會變得煩人。它在我們獲取更多變量的所有權時變得更糟:
~~~
fn foo(v1: Vec<i32>, v2: Vec<i32>) -> (Vec<i32>, Vec<i32>, i32) {
// do stuff with v1 and v2
// hand back ownership, and the result of our function
(v1, v2, 42)
}
let v1 = vec![1, 2, 3];
let v2 = vec![1, 2, 3];
let (v1, v2, answer) = foo(v1, v2);
~~~
額!返回值,返回的代碼行(上面的最后一行),和函數調用都變得更復雜了。
幸運的是,Rust提供了一個特性,借用,它幫助我們解決這個問題。這個主題將在下一個部分討論!
- 前言
- 1.介紹
- 2.準備
- 2.1.安裝Rust
- 2.2.Hello, world!
- 2.3.Hello, Cargo!
- 3.學習Rust
- 3.1.猜猜看
- 3.2.哲學家就餐問題
- 3.3.其它語言中的Rust
- 4.高效Rust
- 4.1.棧和堆
- 4.2.測試
- 4.3.條件編譯
- 4.4.文檔
- 4.5.迭代器
- 4.6.并發
- 4.7.錯誤處理
- 4.8.外部語言接口
- 4.9.Borrow 和 AsRef
- 4.10.發布途徑
- 5.語法和語義
- 5.1.變量綁定
- 5.2.函數
- 5.3.原生類型
- 5.4.注釋
- 5.5.If語句
- 5.6.for循環
- 5.7.while循環
- 5.8.所有權
- 5.9.引用和借用
- 5.10.生命周期
- 5.11.可變性
- 5.12.結構體
- 5.13.枚舉
- 5.14.匹配
- 5.15.模式
- 5.16.方法語法
- 5.17.Vectors
- 5.18.字符串
- 5.19.泛型
- 5.20.Traits
- 5.21.Drop
- 5.22.if let
- 5.23.trait對象
- 5.24.閉包
- 5.25.通用函數調用語法
- 5.26.包裝箱和模塊
- 5.27.`const`和`static`
- 5.28.屬性
- 5.29.`type`別名
- 5.30.類型轉換
- 5.31.關聯類型
- 5.32.不定長類型
- 5.33.運算符和重載
- 5.34.`Deref`強制多態
- 5.35.宏
- 5.36.裸指針
- 6.Rust開發版
- 6.1.編譯器插件
- 6.2.內聯匯編
- 6.3.不使用標準庫
- 6.4.固有功能
- 6.5.語言項
- 6.6.鏈接參數
- 6.7.基準測試
- 6.8.裝箱語法和模式
- 6.9.切片模式
- 6.10.關聯常量
- 7.詞匯表
- 8.學院派研究
- 勘誤