4.4.0 寫在正文之前

這一節的內容其實就相當于C++的智能指針移動語義在編譯器層面做了一些約束。Rust中引用的寫法通過編譯器的約束寫成了C++中最理想、最規范的指針寫法。所以學過C++的人對這一章肯定會非常熟悉。

喜歡的話別忘了點贊、收藏加關注哦（加關注即可閱讀全文），對接下來的教程有興趣的可以關注專欄。謝謝喵！(=^･ω･=)

4.4.1. 引用

引用讓函數使用某個值而不獲得其所有權，聲明時在類型前加上&即代表引用。例如String的引用就是&String。如果學過C++的話，C++中的解引用符號是*，Rust中也是一樣的。

學了引用之后，就可以把上一篇文章最后的示例代碼給簡化

這是先前的代碼：

fn main(){let s1 = String::from("hello");let (s2, len) = calculate_length(s1);println!("The length of '{}' is {}", s2, len);
}fn calculate_length(s:String) -> (String, uszie) {let length = s.len();(s, length)
}

這是修改后的代碼：

fn main(){let s1 = String::from("hello");let length = calculate_length(&s1);println!("The length of '{}' is {}", s1, length);
}fn calculate_length(s:&String) -> usize {s.len()
}

對比兩者，后者中數據的指針被傳入函數calculate_length供其操作，而數據所有權依然在變量s1上。不需要返回元組，也不需要再聲明一個變量s2，更加簡潔。

函數calculate_length的參數s實際上是一個指針，指向s所在棧內存位置（不會直接指向堆內存中的數據）。這個指針在走出作用域時，Rust并不會消除其指向的數據（因為s沒有所有權），只會彈出棧上所存儲的指針信息，也就是釋放下圖中的最左側的部分所占的內存。

這種以引用作為函數的參數叫做借用

4.4.2. 借用的特性

借用的內容是不能被修改的，除非是可變引用

以房產為例：你把自己有房產權的房子租給別人就是借用，租戶只能住不能亂裝修，這就是借用的內容不能被修改的特性；如果你允許租客裝修，這就是可變引用。

以這個代碼為例：

fn main(){let s1 = String::from("hello");let length = calculate_length(&s1);println!("The length of '{}' is {}", s1, length);
}fn calculate_length(s:&String) -> usize {s.push_str(", world");s.len()
}

在編譯時這個代碼會報錯:

error[E0596]: cannot borrow `*s` as mutable, as it is behind a `&` reference

報錯的原因在于s.push_str(", world");這一行：引用默認是不可變的，但這一行修改了其數據內容。

引用跟普通的變量聲明一樣，默認不可變，但加上mut關鍵字后就可變了：

fn main(){let mut s1 = String::from("hello");let length = calculate_length(&mut s1);println!("The length of '{}' is {}", s1, length);
}fn calculate_length(s:&mut String) -> usize {s.push_str(", world");s.len()
}

這樣寫就不會報錯了（但記得在聲明s1時把s1聲明為可變變量）

這種可以修改數據內容的引用就叫做可變引用

4.4.3. 可變引用的限制

可變引用有兩個非常重要的限制，其一是：在特定作用域內，對某一塊數據，只能有一個可變的引用。

以這個代碼為例：

fn main() {let mut s = String::from("hello");let s1 = &mut s;let s2 = &mut s;
}

因為s1和s2都是指向s的可變引用，且在同一個作用域內，所以在編譯時會報錯：

error[E0499]: cannot borrow `s` as mutable more than once at a time

這么做的目的是防止數據競爭，以下三種條件同時滿足時會發生數據競爭：

• 兩個或多個指針同時訪問同一個數據
• 至少有一個指針用于寫入數據
• 沒有使用任何機制來同步對數據的訪問

在報錯信息中提及了at a time,意思為同時（也就是在同一個作用域內）。所以說，只要不同時，也就是兩個可變引用在不同的作用域指向同一塊數據是可以的。下面的代碼就體現了這一點：

fn main() {let mut s = String::from("hello");{let s1 = &mut s;}let s2 = &mut s;
}

s1和s2作用域不相同，所以指向同一塊數據是允許的。

可變引用的第二個重要限制是：不可以同時擁有一個可變引用和一個不變的引用。 因為可變引用存在的目的是修改數據內容，不變的引用存在的作用就是為了保持數據內容不變，如果兩者同時存在，可變引用修改值之后，不可變引用的作用就失效了。

fn main() {let mut s = String::from("hello");let s1 = &mut s;let s2 = &s;
}

因為s1是可變引用，s2是不可變引用，兩者出現在同一個作用域指向同一塊數據，所以編譯器會報錯：

error[E0502]: cannot borrow `s` as mutable because it also borrowed as immutable

當然，多個不可變的引用是可以同時出現的。

總結：多個讀（不可變引用）是可以同時存在的，多個寫（可變引用）可以存在但不能同時，多個寫和同時讀寫是不允許的。

4.4.4. 懸空引用（Dangling References）

在使用指針時非常容易引起叫做懸空指針(Dangling Pointer) 的錯誤，其定義為：一個指針引用了內存中的某個地址，而這塊內存可能已經釋放并分配給其他人使用了。

如果你引用了某些數據，Rust編譯器保證在引用離開作用域前數據不會離開作用域。 這是Rust保證懸空引用永遠不會出現的做法。

以這個代碼為例：

fn main() {let r = dangle();
}fn dangle() -> &String {let s = String::from("hello");&s
}

• 創建了一個局部變量 s:
  變量s是一個String，它被分配在棧上，但其底層數據存儲在堆上。
• 返回對s的引用:
  函數最后通過&s返回了s的引用。
• s 的作用域結束:
  在函數dangle返回后，變量s離開了作用域，根據Rust所有權規則，s的內存被自動釋放，&s所指向的內存數據已不再存儲s的數據，返回的引用指向的是已經被釋放的內存地址，變成了懸空引用（Dangling Pointer）。

Rust的編譯器會檢查到這一點，在編譯時會報錯。

4.4.5. 引用的規則

• 在任何給定的時刻，只能滿足下列條件之一：
  • 一個可變的引用
  • 任意數量不可變的引用
• 引用必須一直有效