Rust

第四章 所有权

所有权是Rust最独特的特性，他让rust不用GC就可以保证内存安全。

4.1.1 什么是所有权

• Rust的核心特性就是所有权
• 所有程序在运行时必须管理他们使用计算机内存的方式
  • 有一些语言有垃圾收集机制，在程序运行时，他们会不断地寻找不再使用的内存
  • 在其他语言中，程序员必须显示的分配和释放内存：如C，malloc以及free
• 在rust中采用了第三种方式：
  • 内存是通过一个所有权系统来管理的，其中包含一组编译器在编译时检查的规则，并且不会产生任何开销，也就是说这一特性，并不会减慢程序的速度。

stack VS heap

• stack 存储数据的方式是顺序的，并且遵循LIFO
• 并且所有存储咋stack上面的数据必须拥有已知且固定的大小。
• 也就是说，编译时大小未知的或者运行时可能发生改变的都应该放在heap上面。
• 但是heap的内存组织性会差一些：
  • 当你把数据放入heap中时，你会申请一块足够大的空间，并标记为使用中，然后返回一个指针，作为这个空间的地址。
  • 这个过程叫在heap上进行的分配，简：”分配“。

这一部分知识与pwn基础知识大量重合，就不记录了。

主要就是，函数调用栈以及堆相关内容。

所有权存在的原因

• 所有权解决的问题：
  • 跟踪代码哪些部分在使用heap 哪些数据
  • 最小化heap上面的重复数据
  • 清理heap上个面的未使用数据以避免空间不足

总之，管理heap数据才是所有权出现的原因

4.1.2 所有权规则

• 每个值都只能有一个变量，这个变量是该值的所有者
• 每个值同时只能有一个所有者
• 当所有者超出作用域（scope）时，该值被删除。

变量作用域

注意变量的作用域仅仅只在声明变量之后到花括号结束点，这么一段范围。

String类型

• string类型存储在heap上面
• 字符串字面值：程序里面写死的字符串值，不可改变。
• 能够在heap上面分配，能够存储在编译时未知数量的文本。

创建String类型的值

可以使用from函数从字符串字面值

其中，”::“表示from时String类型下的关联函数；

并且这类字符串是可以修改的

• 为什么String类型的值可以修改，而字符串字面值却不能修改？

因为他们之间处理内存的方式不同。

内存和分配

• 字符串字面值，在编译时就知道它的内容了，其文本内容直接被硬编码到最终的可执行文件中，
  • 而其优点就是：速度快，高效。
• String 类型，为支持可变性，需要在heap上面使用某种方式返回给操作系统
  • 这一步，在拥有Gc的语言之后，GC会跟踪并清理不再使用的内存
  • 如果没有GC，就需要我们去辨识内存何时不再使用，并调用代码将他返回。
• RUST采用了不同的操作方式，当变量走出其作用范围后，就会收回他的内存。

变量和数据交互的方式：移动（MOVE）

• 多个变量可以与同一个数据以一种独特的方式交互。

• let x = 5；

  let y = x；

• 整数时已知的且固定的大小简单的值，这两个5被压到了stack中。

但如果这里的类型是String类型

String类型

• 一个String类型有3部分组成，一个 指向存放字符串内容的指针，一个 表示该字符串长度的值，一个 表示该字符串容量的值，而这些都存放在 Stack上面。内容则全部存放在，heap上面。
• 而我们知道 在rust里面，如果一个变量走出了他的作用域，Rust就会调用一个Drop函数来释放他的内存，而这里我们就会遇到一个问题，如果let x = String::from("hello")；let y = x；这里的y就会copy一份x的Stack上面的三个值，而不会copyheap上面的值，所以在同一个作用域中，就有了两个指向同一个区域的指针，在该作用域结束时，他们都会被回收，这也就代表着，这一块heap上面的区域，会被释放两次，也就会造成double free

这样肯定是不可以的，所以，Rust在这里引出了一个重要的概念 MOVE移动。

也就是说当我进行如上的赋值操作后，x会直接失效，y会代替x存在，而当作用域结束后，x并不会释放，那一块heap区域，完全交由y来释放。

这里就要引出一个新的概念：

浅拷贝与深拷贝

我们一般认为，这样单纯复制指针，长度，容量的操作为浅拷贝，它不会复制实际的在heap上面的内容。

这里也隐含了一个RUst的设计原则：RUST不会自动的创建数据的深拷贝。

• 就运行是效率而言：任何赋值操作都是廉价的。

当然如果真的想对heaps上面的数据进行深度拷贝操作，而不仅仅是stack上面的数据，我们可以使用clone操作。

Stack上的copy（复制）

这里的复制操作，就是简单的操作，不存在浅拷贝和深拷贝。

• Copy trait，可以用于像整数这样完全村存放在Stack上面的类型
• 如果一个类型实现了Copy这个Trait，那么旧的变量再赋值后仍然可用
• 如果一个类型或者该类型的一部分实现了Drop trait，那么Rust不允许让他再去实现Copy Trait

哪些类型可以实现copy trait

• 所有标量的组合
• 所有的整数类型
• bool
• char
• 浮点类型
• Tuple（所有字段值均可实现copy trait）

4.1.3 所有权与函数

• 在语义上面将值传递给变量是类似的
  • 将值传递给函数将会发生移动或者复制
• 注意，这里如果变量是上面几个说过的有copy trait的变量类型，那么他们就不会进行一个所有权的转移，仅仅只是一个浅拷贝，但如果是类似String类型的变量，那他在调用函数时，就会将所有权转移到被调用的函数中去。

返回值和作用域

• 函数在返回值的过程中同样也会发生所有权的转移
• 一个变量的所有权总是遵循着同样的模式：
  • 当一个值赋给其他变量时就会发生移动
  • 当一个包含heap数据的变量离开作用域时，他的值就会drop函数清理，除非数据被移动到另外一个变量中

如何让某个函数使用值，但不获得其所有权

• 第一种方法就是，先将变量正常传入然后利用返回值的所有权传递，传回新变量手中，这样虽然变量名发生里改变，但是所有权没变，作用域也没变。

• 利用Rust的特性，“引用reference”。

4.2.1 引用与借用

引用

• 参数的类型是&String 而不是String

• & 符号就是引用：允许你引用某些值而不获得其所有权。

  

也就是说在引用时，回创建一个新变量内容是引用变量的指针。

借用

我们把引用作为函数的这个行为叫做借用

同样的借用是不可以修改原变量的，因为只是 借用。

可变引用

将变量设为可变，参数可变，引用时可变即可。·

但是，可变引用有一个限制：在特定的作用域内，对某一块数据，只能有一个可变引用。

这样做的好处是可以在编译时防止数据竞争。

• 发生数据竞争的条件：
  • 两个或者多个指针同时访问一个数据
  • 至少有一个指针用于写入
  • 没有使用任何机制来同步对数据的访问

RUst在编译时就防止了这一种err发生

但是，我们只需要添加作用域即可：

可以看到这里我们只是添加了一对花括号而已，这样就完成了

第二个限制：不允许同时拥有可变引用和不可变引用：

悬空引用（dangling references）

rust
fn main(){
    let m = dangling();
}
fn dangling() -> &String{
    let note = String::from("helloe ");
    &note
}

报错：

引用的规则

• 一个可变引用或者任意数量的不可变引用
• 引用必须一直有效

4.3 切片