Rust 生命周期

Rust 生命周期機制是與所有權(quán)機制同等重要的資源管理機制。

之所以引入這個概念主要是應(yīng)對復雜類型系統(tǒng)中資源管理的問題。

引用是對待復雜類型時必不可少的機制，畢竟復雜類型的數(shù)據(jù)不能被處理器輕易地復制和計算。

但引用往往導致極其復雜的資源管理問題，首先認識一下垂懸引用：

{
    let r;

    {
        let x = 5;
        r = &x;
    }

    println!("r: {}", r);
}

這段代碼是不會通過 Rust 編譯器的，原因是 r 所引用的值已經(jīng)在使用之前被釋放。

上圖中的綠色范圍 'a 表示 r 的生命周期，藍色范圍 'b 表示 x 的生命周期。很顯然，'b 比 'a 小得多，引用必須在值的生命周期以內(nèi)才有效。

一直以來我們都在結(jié)構(gòu)體中使用 String 而不用 &str，我們用一個案例解釋原因：

fn longer(s1: &str, s2: &str) -> &str {
    if s2.len() > s1.len() {
        s2
    } else {
        s1
    }
}

longer 函數(shù)取 s1 和 s2 兩個字符串切片中較長的一個返回其引用值。但只這段代碼不會通過編譯，原因是返回值引用可能會返回過期的引用：

fn main() {
    let r;
    {
        let s1 = "rust";
        let s2 = "ecmascript";
        r = longer(s1, s2);
    }
    println!("{} is longer", r);
}

這段程序中雖然經(jīng)過了比較，但 r 被使用的時候源值 s1 和 s2 都已經(jīng)失效了。當然我們可以把 r 的使用移到 s1 和 s2 的生命周期范圍以內(nèi)防止這種錯誤的發(fā)生，但對于函數(shù)來說，它并不能知道自己以外的地方是什么情況，它為了保障自己傳遞出去的值是正常的，必選所有權(quán)原則消除一切危險，所以 longer 函數(shù)并不能通過編譯。

生命周期注釋

生命周期注釋是描述引用生命周期的辦法。

雖然這樣并不能夠改變引用的生命周期，但可以在合適的地方聲明兩個引用的生命周期一致。

生命收起注釋用單引號開頭，跟著一個小寫字母單詞：

&i32        // 常規(guī)引用
&'a i32     // 含有生命周期注釋的引用
&'a mut i32 // 可變型含有生命周期注釋的引用

讓我們用生命周期注釋改造 longer 函數(shù)：

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

我們需要用泛型聲明來規(guī)范生命周期的名稱，隨后函數(shù)返回值的生命周期將與兩個參數(shù)的生命周期一致，所以在調(diào)用時可以這樣寫：

fn main() {
    let r;
    {
        let s1 = "rust";
        let s2 = "ecmascript";
        r = longer(s1, s2);
        println!("{} is longer", r);
    }
}

以上兩段程序結(jié)合的運行結(jié)果：

ecmascript is longer

注意：別忘記了自動類型判斷的原則。

結(jié)構(gòu)體中使用字符串切片引用

這是之前留下的疑問，在此解答：

fn main() {
    struct Str<'a> {
        content: &'a str
    }
    let s = Str {
        content: "string_slice"
    };
    println!("s.content = {}", s.content);
}

運行結(jié)果：

s.content = string_slice

如果對結(jié)構(gòu)體 Str 有方法定義：

impl<'a> Str<'a> {
    fn get_content(&self) -> &str {
        self.content
    }
}

這里返回值并沒有生命周期注釋，但是加上也無妨。這是一個歷史問題，早期 Rust 不支持生命周期自動判斷，所有的生命周期必須嚴格聲明，但主流穩(wěn)定版本的 Rust 已經(jīng)支持了這個功能。

靜態(tài)生命周期

生命周期注釋有一個特別的：'static 。所有用雙引號包括的字符串常量所代表的精確數(shù)據(jù)類型都是 &'static str ，'static 所表示的生命周期從程序運行開始到程序運行結(jié)束。

泛型、特性與生命周期協(xié)同作戰(zhàn)

use std::fmt::Display;

fn longest_with_an_announcement<'a, T>(x: &'a str, y: &'a str, ann: T) -> &'a str
    where T: Display
{
    println!("Announcement! {}", ann);
    if x.len() > y.len() {
        x
    } else {
        y
    }
}

這段程序出自 Rust 圣經(jīng)，是一個同時使用了泛型、特性、生命周期機制的程序，不強求，可以體驗，畢竟早晚用得到！