Rust 的生命周期

好复杂的规则……

什么是生命周期

Rust 每个引用都有自己的生命周期
生命周期是指：引用保持有效的作用域
大多数情况下生命周期是隐式可被推断的
当引用的生命周期可能互相关联时，需要手动指定生命周期

生命周期存在的目标就是避免悬垂引用。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
fn main() {
    let r;
    {
        let x = 5;
        r = &x;
    }

    println!("{r}");
}

这段代码明显不能过编译，因为 r 是 x 的引用，使用 r 时，x 的生命周期已经结束了。

rust 使用 borrow-checker 来检查所有的作用域，判断借用是否合法。

生命周期参数

考虑这个函数：

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
fn main() {
    let string1 = String::from("abcd");
    let string2 = "xyz";
    
    let res = longest(string1.as_str(), string2);
    println!("The longest string is {}", res);
}

fn longest(x: &str, y: &str) -> &str {
    if x.len() > y.len() {
        x
    } else {
        y
    }
}

函数很简单，但编译会报错，rust 编译器会提示你：期望一个具名的生命周期参数。

因为函数签名体现不出借用的值的生命周期，我们得加一个生命周期参数：

1
2
3
4
5
6
7
fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
    if x.len() > y.len() {
        x
    } else {
        y
    }
}

生命周期标注

首先注意，生命周期的标注并不能改变引用的生命周期长度。指定了泛型生命周期参数之后，函数就可以接收带有任何生命周期的引用。

生命周期标注是用于：没描述多个引用的生命周期的关系。

语法

生命周期参数名
- ' 开头
- 全小写，短
- 基本使用 'a
生命周期标注的位置
- 在引用的 & 后
- 使用空格将标注和引用分开
函数签名中的生命周期标注
- 和泛型一样，在 <> 中声明
- 返回值中也要声明

例子

1
2
3
&i32	
&'a i32	// 带生命周期的引用
&'a mut i32	// 带生命周期的可变引用

1
2
3
4
5
6
7
fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
    if x.len() > y.len() {
        x
    } else {
        y
    }
}

这段代码中返回的生命周期是两个参数中较短的那个。

深入理解生命周期

指定生命周期参数的方式依赖于函数的行为
1 2 3
fn longest<'a>(x: &'a str, y: &str) -> &'a str { x }
例如这个函数只返回 x，那么就不用依赖于 y 的生命周期了，自然也不用标注
从函数返回引用时，返回类型的生命周期参数要与其中一个参数的生命周期匹配
如果返回的引用没有指向任何参数，那么暗示它引用的是函数内部创建的值，那明显是悬垂引用。

结构体定义中的生命周期标注

结构体可以包括
- 自持有类型（i32）
- 引用：需要在每个引用上添加生命周期标注

1
2
3
struct ImportantExcerpt<'a> {
    part: &'a str,
}

代表结构体内的引用必须比结构体的实例本身活得长。

输入、输出生命周期

出现在函数的参数：输入生命周期

出现在函数返回值：输出生命周期

生命周期省略的三个规则

规则 1 应用于输入生命周期，规则 2、3 应用于输出生命周期。

如果规则应用完仍然无法确定生命周期，那么会报错。此外，这些规则适用于 fn 定义以及 impl 块。

每个引用类型的参数都有自己的生命周期
如果只有 1 个输入生命周期参数，那么就会把它赋给所有的输出生命周期参数
如果有多个输入生命周期参数，但其中一个是 &self / &mut self ，那么 self 的生命周期会赋给所有的输出生命周期参数。

例子

假设我们自己是编译器：

1
 fn first_word(s: &str) -> &str

先应用第一条规则：

1
fn first_word<'a>(s: &'a str) -> &str

函数只有一个输入生命周期参数，那么应用第二条规则：

1
fn first_word<'a>(s: &'a str) -> &'a str

这种情况下显然编译器就可以处理。

1
fn longest(x: &str, y: &str) -> &str 

应用规则 1：

1
fn longest<'a, 'b>(x: &'a str, y: &'b str) -> &str 

显然有多个输入生命周期参数，那么规则2不能用，也没有 self，所以规则3也不行。

此时编译器并不能计算出所有引用的生命周期参数，故报错。

方法定义中的生命周期标注

在结构体上使用生命周期实现方法，语法和泛型一样。在哪声明和使用生命周期参数，取决于其是否和字段、方法的参数或者返回值有关。

struct 字段的生命周期名：在 impl 后声明，在 struct 后使用，生命周期也是结构体类型的一部分

impl 块中的方法签名中：引用必须绑定与 struct 字段引用的生命周期，或者引用是独立的。此外经常可以省略。

静态生命周期

'static 是特殊的生命周期：持续整个程序

默认所有字符串字面量都是静态生命周期。

1
let s: &'static str = "I have a static lifetime."; 