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Rust 的引用和借用

zhezhongyun 2024-12-03 06:30 31 浏览

调用函数时，所有权的转移让代码变得繁琐。举个例子，想要计算字符串长度，不得不把字符串传入又返回，仅仅是为了保证所有权的连续性。

使用引用可以简化这个过程。

一、引用

引用（reference）和指针很像，都可以指向变量。但它比指针“高一点点”，它能保证被指向的值始终有效。另外，引用不会造成所有权的转移，它的这个特性让函数的编写变得简单。

使用 & 符号创建引用。

另外，引用的逆操作叫解引用（dereferencing），可以获取引用指向的值。解引用的操作符是 *。

Rust 把创建引用的动作叫做借用（borrowing）。因为引用从来不曾拥有变量，当引用的作用域结束时，它也不必释放变量的内存。

可以修改引用的内容吗？写个代码试试，会发现 Rust 编译器会报错，报错的原因在于，使用 & 创建的引用都是只读的，不可以被修改。

可以看出，Rust 对于不可变是多么执着。使用 let 创建的变量默认是只读的，使用 & 创建的引用也是不可变的。如果真的需要修改引用指向的值，需要使用可变引用。

可变引用（mutable reference）比普通引用多了一个 mut 关键字，即使用 &mut 创建。

这里有个细节需要注意，当你使用可变引用时，被引用指向的变量也要设为可变变量，因为它们是一条绳上的蚂蚱，要变一起变。

可变引用有个巨大的使用限制：一旦对某个变量创建了可变引用，就不能同时对这个变量创建其他引用。下面例子中同时创建了两个可变引用，编译时会报错。

这个限制会让 Rust 新手觉得意外，因为大部分其他编程语言没有类似的限制。但它的好处是可以避免数据竞争（data race）。

数据竞争指的是两个或多个线程同时访问同一内存位置，并且至少有一个进行了写操作，同时这些操作没有同步机制保证它们的顺序。数据竞争会导致不可预测的后果，就像量子领域中薛定谔的猫。

这里需要重点说一下引用的作用域范围。从创建引用的语句开始，一直到最后使用引用的语句为止（而不是和变量一样，直到结尾花括号）。

只要你能保证多个可变引用不同时出现，Rust 就可以让代码编译通过，比如：

为了让代码意图更明显，可以使用大括号创建一个更显眼的作用域。执行结果和上图一样。

多个只读引用可以同时存在，而且它们的顺序是无所谓的，因为它们都不改变值。只要它们闪避可变引用的作用域即可。

在 C 语言中，有一种错误叫悬垂指针（dangling pointer）。如果一个指针指向的内容被释放了，但是指针的指向保持不变，那么，这个指针就被称作悬垂指针。如果继续使用它，会发生什么谁也不知道，轻则数据错误，重则系统崩溃。

以内存安全为卖点的 Rust 不会允许类似情况发生，当它发现悬垂引用（dangling references）时，会编译报错。举个例子：

此时可以直接返回整个变量，将所有权返回调用方。

References and Borrow, https://doc.rust-lang.org/book/ch04-02-references-and-borrowing.html

完

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