Rust 教程
1. Rust 教程 2. Rust 环境搭建 3. Cargo 教程 4. Rust 输出到命令行 5. Rust 基础语法 6. Rust 数据类型 7. Rust 注释 8. Rust 函数 9. Rust 条件语句 10. Rust 循环 11. Rust 所有权 12. Rust Slice(切片)类型 13. Rust 结构体 14. Rust 枚举类 15. Rust 组织管理 16. Rust 错误处理 17. Rust 泛型与特性 18. Rust 生命周期 19. Rust 文件与 IO 20. Rust 集合与字符串 21. Rust 面向对象 22. Rust 并发编程

Rust 生命周期

Rust 生命周期

Rust 生命周期机制是与所有权机制同等重要的资源管理机制。

之所以引入这个概念主要是应对复杂类型系统中资源管理的问题。

引用是对待复杂类型时必不可少的机制,毕竟复杂类型的数据不能被处理器轻易地复制和计算。

但引用往往导致极其复杂的资源管理问题,首先认识一下垂悬引用:

实例

{
    let r;

    {
        let x = 5;
        r = &x;
    }

    println!("r: {}", r);
}

这段代码是不会通过 Rust 编译器的,原因是 r 所引用的值已经在使用之前被释放。

上图中的绿色范围 'a 表示 r 的生命周期,蓝色范围 'b 表示 x 的生命周期。很显然,'b 比 'a 小得多,引用必须在值的生命周期以内才有效。

一直以来我们都在结构体中使用 String 而不用 &str,我们用一个案例解释原因:

实例

fn longer(s1: &str, s2: &str) -> &str {
    if s2.len() > s1.len() {
        s2
    } else {
        s1
    }
}

longer 函数取 s1 和 s2 两个字符串切片中较长的一个返回其引用值。但只这段代码不会通过编译,原因是返回值引用可能会返回过期的引用:

实例

fn main() {
    let r;
    {
        let s1 = "rust";
        let s2 = "ecmascript";
        r = longer(s1, s2);
    }
    println!("{} is longer", r);
}

这段程序中虽然经过了比较,但 r 被使用的时候源值 s1 和 s2 都已经失效了。当然我们可以把 r 的使用移到 s1 和 s2 的生命周期范围以内防止这种错误的发生,但对于函数来说,它并不能知道自己以外的地方是什么情况,它为了保障自己传递出去的值是正常的,必选所有权原则消除一切危险,所以 longer 函数并不能通过编译。

生命周期注释

生命周期注释是描述引用生命周期的办法。

虽然这样并不能够改变引用的生命周期,但可以在合适的地方生命两个引用的生命周期一致。

生命收起注释用单引号开头,跟着一个小写字母单词:

&i32        // 常规引用

&'a i32     // 含有生命周期注释的引用

&'a mut i32 // 可变型含有生命周期注释的引用

让我们用生命周期注释改造 longer 函数:

实例

fn longer<'a>(s1: &'a str, s2: &'a str) -> &'a str {
    if s2.len() > s1.len() {
        s2
    } else {
        s1
    }
}

我们需要用泛型声明来规范生命周期的名称,随后函数返回值的生命周期将与两个参数的生命周期一致,所以在调用时可以这样写:

实例

fn main() {
    let r;
    {
        let s1 = "rust";
        let s2 = "ecmascript";
        r = longer(s1, s2);
        println!("{} is longer", r);
    }
}

以上两段程序结合的运行结果:

ecmascript is longer

注意:别忘记了自动类型判断的原则。

结构体中使用字符串切片引用

这是之前留下的疑问,在此解答:

实例

fn main() {
    struct Str<'a> {
        content: &'
a str
    }
    let s = Str {
        content: "string_slice"
    };
    println!("s.content = {}", s.content);
}

运行结果:

s.content = string_slice

如果对结构体 Str 有方法定义:

实例

impl<'a> Str<'a> {
    fn get_content(&self) -> &str {
        self.content
    }
}

这里返回值并没有生命周期注释,但是加上也无妨。这是一个历史问题,早期 Rust 不支持生命周期自动判断,所有的生命周期必须严格声明,但主流稳定版本的 Rust 已经支持了这个功能。

静态生命周期

生命周期注释有一个特别的:'static 。所有用双引号包括的字符串常量所代表的精确数据类型都是 &'static str ,'static 所表示的生命周期从程序运行开始到程序运行结束。

泛型、特性与生命周期协同作战

实例

use std::fmt::Display;

fn longest_with_an_announcement<'a, T>(x: &'a str, y: &'a str, ann: T) -> &'a str
    where T: Display
{
    println!("Announcement! {}", ann);
    if x.len() > y.len() {
        x
    } else {
        y
    }
}

这段程序出自 Rust 圣经,是一个同时使用了泛型、特性、生命周期机制的程序,不强求,可以体验,毕竟早晚用得到!