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Rust所有权详解

news 来源：原创 2025/8/28 13:27:23

文章目录

- Rust所有权
- - 所有权规则
  - - 作用域
  - 内存和分配
  - - 移动与克隆
    - 栈空间
    - 堆空间
  - 关于函数的所有权机制
  - - 作为参数
    - 作为返回值
  - 引用与租借
  - 垂悬引用

Rust所有权

C/C++中我们对于堆内存通常需要自己手动管理，手动申请和释放，即便有了智能指针，对于效率的影响和安全性问题也没有完全解决

Rust为了高效的使用和管理内存，以及对安全性的考量，提出了所有权的概念以及一系列规则

所有权规则

所有权有三条核心规则

Rust中的每个值都有一个隐含的变量，称为所有者
一个值同一时刻只能有一个所有者
当所有者离开作用域时，值会被丢弃（调用drop函数释放资源）

fn main() {let s1 = String::from("Hello"); // s1 是 "Hello" 的所有者let s2 = s1; // s1 的所有权被转移给 s2，s1 失效// println!("{}", s1); // ❌ 编译错误：s1 已经失去所有权println!("{}", s2); // ✅ s2 仍然是 "Hello" 的所有者
} // s2 离开作用域，"Hello" 被释放

作用域

这里的作用域和C/C++的作用域基本类似

{// 在声明以前，变量 s 无效let s = "runoob";// 这里是变量 s 的可用范围
}
// 变量范围已经结束，变量 s 无效

内存和分配

Rust是静态语言，这意味着我们无法像C++那样运行时扩容，例如vector会在满时进行扩容

在C++中=是赋值的意思，理解就是将一个变量的值，赋值给一个新的变量，这是一种拷贝语义（Copy）

但是在Rust中，变量和数据交互的方式主要是移动（Move）和克隆（Clone）

移动与克隆

如果你学过C++11，那你一定知道移动语义，例如移动拷贝或者移动赋值

这实际上是一种所有权的转移，主要是避免频繁申请和释放堆空间

但是有一些情况，我们并不希望只是所有权的转移，而是真的创建一个副本进行操作，这就需要使用clone()方法

fn main() {let s1 = String::from("hello");let s2 = s1.clone(); // 深拷贝println!("s1: {}, s2: {}", s1, s2); // ✅ 仍然可以使用 s1
}

栈空间

在栈空间内，Rust变量“移动”的方式其实就是复制，因为栈空间内基本上都是基本数据类型的，通常占用空间和复制时间不会很久，就会是直接复制，这时候两个变量都是可以使用的

    let x = 1;let y = x;println!("{x}, {y}");

"基本数据"类型有这些：

所有整数类型，例如 i32 、 u32 、 i64 等。
布尔类型 bool，值为 true 或 false 。
所有浮点类型，f32 和 f64。
字符类型 char。
仅包含以上类型数据的元组（Tuples）。

堆空间

String对象的hello存储的位置可就不是栈空间了而是堆空间

例如

let s1 = String::from("hello");
let s2 = s1;

当执行到第二步时，s1就会把自己对hello字符串对所有权移交给s2，此时s1，就会失效

因此在移动之后，继续使用s1会报错

关于函数的所有权机制

作为参数

当一个变量作为参数传递给函数时，所有权应该怎么处理

fn main() {let s = String::from("hello");// s 被声明有效takes_ownership(s);// s 的值被当作参数传入函数，相当于s的所有权移交给函数了// 所以可以当作 s 已经被移动，从这里开始已经无效let x = 5;// x 被声明有效makes_copy(x);// x 的值被当作参数传入函数// 但 x 是基本类型，依然有效// 在这里依然可以使用 x 却不能使用 s} // 函数结束, x 无效, 然后是 s. 但 s 已被移动, 所以不用被释放fn takes_ownership(some_string: String) { // 一个 String 参数 some_string 传入，有效println!("{}", some_string);
} // 函数结束, 参数 some_string 在这里释放fn makes_copy(some_integer: i32) { // 一个 i32 参数 some_integer 传入，有效println!("{}", some_integer);
} // 函数结束, 参数 some_integer 是基本类型, 无需释放

作为返回值

fn main() {let s1 = gives_ownership();// gives_ownership 移动它的返回值到 s1let s2 = String::from("hello");// s2 被声明有效let s3 = takes_and_gives_back(s2);// s2 被当作参数移动, s3 获得返回值所有权
} // s3 无效被释放, s2 被移动, s1 无效被释放.fn gives_ownership() -> String {let some_string = String::from("hello");// some_string 被声明有效return some_string;// some_string 被当作返回值移动出函数
}fn takes_and_gives_back(a_string: String) -> String { // a_string 被声明有效a_string  // a_string 被当作返回值移出函数
}

引用与租借

这里的引用和C++中的引用是类似的，如果不了解C++的引用，也可以认为是一种指针

例如

fn main() {let s1 = String::from("hello");let s2 = &s1;println!("s1 is {}, s2 is {}", s1, s2);
}

按照原先的理解，s1内部会存一个指向"hello"的指针，s2内部其实也是一个指向"hello"的指针，但是s2是后来的，我们就认为s2是s1的一个引用，也就是别名

引用可以认为是单独的一种类型
引用不会获得值的所有权
引用只能租借（Borrow）值的所有权
当一个值被移动时，原先的引用会失效，必须重新租借所有权

fn main() {let s1 = String::from("hello");let mut s2 = &s1;let s3 = s1;s2 = &s3; // 重新从 s3 租借所有权println!("{}", s2);
}

一般的租借引用是不允许修改数据内容的，除非原先的数据是mut的，引用时也是mut引用，才允许修改

let mut s1 = String::from("hello");
let s2 = &mut s1;

此时s2允许修改s1的内容

可变引用和不可变引用除了权限不同以外，可变引用不允许多重引用（多个变量引用同一个值），但是不可变引用是允许的

这样做主要是为了避免同时有多个使用者可以进行写操作

垂悬引用

这个其实就是对应着空指针的概念（已经释放资源的指针也算），例如

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

s是在函数里申请的，函数结束自动释放，但是返回了s的引用，被main函数接收到了，这里就相当于得到了一个空指针

Rust所有权详解

文章目录 Rust所有权所有权规则作用域内存和分配移动与克隆栈空间堆空间关于函数的所有权机制作为参数作为返回值引用与租借垂悬引用 Rust所有权 C/C中我们对于堆内存通常需要自己手动管理，手动申请和释放，即便有了智能指针，对于效率的影…...

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