Rust基礎02-所有權規則、記憶體與分配

阿新 • • 發佈：2022-03-15

所有權規則

每個值都有一個變數，這個變數是該值的所有者
每個值同時只能有一個所有者
當所有者超出作用域（scope）時，該值將被刪除

變數作用域

Scope 就是程式中一個專案的有效範圍

fn main() {
    //s 不可用
    let s = "hello";//s 可用
    			   //可對 s 進行相關操作
} //s 作用域到此結束，s 不再可用

String 型別

字串字面值：程式裡手寫的那些字串，它們是不可變的

String型別：在Heap上分配，能夠儲存在編譯時未知數量的文字

建立 String型別值

可以使用 from 函式從字串字面值創建出 String 型別
```
fn main() {
    let s =String::from("hello");
}
```
其中，"::" 表示 from 是 String 型別下的函式，這類字串是可以被修改的

String型別能夠修改，字串字面量不能修改，這是因為它們的儲存方式不同

記憶體和分配

字串字面值：

在編譯時就知道它的內容，其文字內容直接被硬編碼到最終的可執行檔案中

速度快、高效、不可變性
String 型別：

支援可變性，在Heap上分配記憶體來儲存編譯時未知的文字內容
- 作業系統必須在執行時請求記憶體
  
  此步通過呼叫 String::from 來實現
- 當用完 String 後，需要使用某種方式將記憶體返回給作業系統
  
  但Rust採用了不同的方式：對於某個值來說，當擁有它的變數走出作用範圍時，記憶體會立即自動的交還給作業系統
  
  當變數走出作用域，Rust會自動呼叫 drop 函式
移動（Move）：
1. 普通情況：
  
  多個變數可以於同一個資料使用一種獨特的方式來互動
```
let x = 5;
let y = x;
```
  整數是已知且固定大小的簡單的值，這兩個5被壓入Stack中
2. String 版本：
```
let s1 = String::from("hello");
let s2 = s1;
```
  一個String由三部分組成：
  - 一個指向存放字串內容的記憶體的指標
  - 一個長度：
    
    長度len，就是存放字串內容所需的位元組數
  - 一個容量：
    
    容量capacity，指String從作業系統總共獲得記憶體的總位元組數
  以上三部分放在 Stack 上，存放字串內容的部分在 Heap 上
  
  當把 s1 賦給 s2，String 的資料被複制了一份：
  - 在 Stack 上覆制了一份指標、長度、容量
  - 並沒有複製指標所指向的 Heap 上的資料
  當變數離開作用域時，Rust 會自動呼叫 drop 函式，並將變數使用的 Heap 記憶體釋放
  
  當s1、s2離開作用域時，它們都會嘗試釋放相同的記憶體：
  
  這會引起嚴重的BUG：二次釋放（double free）bug
  
  因此，Rust為了保證記憶體安全：
  1. Rust 沒有嘗試複製被分配的記憶體
  2. Rust 讓 s1 失效，當 s1 離開作用域時，Rust不需要釋放任何東西
  引申：淺拷貝與深拷貝
克隆（Clone）：

若有意對 Heap 上的 String 資料進行深度拷貝，而不僅僅是 Stack 上的資料，可以使用 clone 方法

這種方法較為耗費資源且針對 Heap 上的資料進行操作
複製（Copy）：對 Stack 上的資料進行操作

Copy trait，可以用於像整數這樣完全存放在 Stack 上的型別
- 如果一個型別實現了 Copy 這個 trait，那麼舊的變數在賦值後仍然可用
- 但若一個型別或該型別的一部分已實現了 Drop trait，那麼 Rust 不允許讓它再去實現 Copy trait 了
任何簡單標量的組合型別都可以是 Copy 的，任何需要分配記憶體或某種資源的都不是 Copy 的

一些擁有 Copy trait 的型別：
- 所有的整數型別，例如 u32
- 布林型別
- 字元型別
- 所有的浮點型別，例如 f64
- 元組，如果其所有的欄位都是 Copy 的