Rust 入门教程（五）：所有权与借用（核心机制）

Rust 最大的特色，不是宏，不是性能，而是它独有的 所有权系统（Ownership System）。
这个机制帮助我们在**没有垃圾回收器（GC）**的情况下，依然保证内存安全。

今天我们就来理解 Rust 的灵魂：
✅ 所有权规则
✅ 移动语义 vs 复制语义
✅ 引用与借用（&、&mut）
✅ 生命周期初探

1️⃣ 所有权机制详解

在 Rust 中，每一个值（value）都有一个所有者（owner），并且在任意时刻，值只能有一个所有者。

当所有者离开作用域时，值就会被自动释放（drop），这就是 Rust 内存安全的根基。

规则总结

  1. 每个值都有一个变量作为它的所有者
  2. 同一时间只能有一个所有者
  3. 当所有者离开作用域时，值会被释放

示例

fn main() {{let s = String::from("hello"); // s 拥有这个字符串println!("{}", s);} // s 离开作用域，内存被释放
}

对比 C/C++：你得手动 free() 或者调用析构函数。
对比 Java/Go：由垃圾回收器自动回收。
在 Rust：所有权 + 作用域规则自动帮你管理内存。

2️⃣ 移动语义 vs 复制语义

Rust 区分 移动（move） 和 复制（copy） 两种语义。

移动语义（Move）

当把一个变量赋值给另一个变量时，所有权会转移。

fn main() {let s1 = String::from("hello");let s2 = s1; // s1 的所有权移动到 s2// println!("{}", s1); // ❌ 错误：s1 已经失效println!("{}", s2);
}

为什么？因为 String 存在堆内存，直接复制指针会导致“双重释放”错误，所以 Rust 选择转移所有权。

复制语义（Copy）

对于存储在栈上的简单数据类型（整数、布尔、浮点数等），Rust 使用 复制语义。

fn main() {let x = 5;let y = x; // x 被复制，而不是转移println!("x = {}, y = {}", x, y); // ✅ x 依然有效
}

哪些类型会自动 Copy？

  • 基本数值类型（i32, u64, f64...）
  • bool、char
  • 元组（如果里面的元素都实现了 Copy）

3️⃣ 引用与借用（&、&mut）

有时我们并不想转移所有权，只是想临时使用某个值，这就需要 引用（reference）。

不可变引用（&）

fn main() {let s = String::from("hello");let r1 = &s;let r2 = &s;println!("r1 = {}, r2 = {}", r1, r2); // ✅ 可以有多个不可变引用
}

规则：

  • 可以同时存在多个不可变引用
  • 但不能和可变引用共存

可变引用（&mut）

fn main() {let mut s = String::from("hello");let r = &mut s;r.push_str(", world");println!("{}", r);
}

规则：

  • 同一作用域中，只能有一个可变引用
  • 避免数据竞争（data race）

错误示例：

fn main() {let mut s = String::from("hi");let r1 = &mut s;let r2 = &mut s; // ❌ 同时两个可变引用
}

4️⃣ 生命周期初探

生命周期（lifetime） 是 Rust 用来保证引用有效性的机制。
你可以理解为：编译器在帮你追踪引用的作用域。

示例

fn main() {let r;{let s = String::from("hello");r = &s; // ❌ s 在这里被释放，r 将变成悬垂引用}// println!("{}", r);
}

Rust 编译器会拒绝编译这段代码，因为它能推导出 r 的生命周期比 s 长，存在安全风险。

生命周期标注（了解）

在函数中，有时需要显式标注生命周期，告诉编译器不同引用之间的关系。

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

这里的 'a 是生命周期参数，表示 s1 和 s2 的生命周期至少要和返回值一样长。

📌 总结

今天我们学习了 Rust 的核心机制：

  1. 所有权：每个值有唯一所有者，作用域结束时释放
  2. 移动语义 vs 复制语义：堆数据转移，栈数据复制
  3. 引用与借用：& 不可变借用，&mut 可变借用（不能混用）
  4. 生命周期：编译器追踪引用的有效范围，避免悬垂引用