04所有权·1什么是所有权

介绍rust的一个特性:所有权之什么是所有权

一.Stack VS Heap（2023010)

(一).Stack

• 特性
  • ①.LIFO
  • ②.栈的数据大小已知道且固定
  • ③.入栈比在堆上分配内存快。(因为在堆上分配内存需经过操作系统搜索空余内存，并返回空余内存指针。)
• 函数调用传递参数值和函数的局部变量被压入栈中。当函数结束时，这些值被移出栈。
  • 实际这跟cpu架构(X86)和语言函数调用规范相关联

    Example1 PROC
        LOCAL temp:DWORD
        mov eax,temp
        ret
    Example1 ENDP
  
    push ebp
    mov ebp, esp			;栈指针
    add esp, OFFFFFFFCh     ;ESP 加 -4
    mov eax, [ebp-4]
    leave					;//等价mov esp,ebp; pop ebp 
    ret
  

  • stdcall，cdecl，thiscall，fastcall，regparm(n)

(二).Heap

• 特性
  • ①.存放编译时大小未知或大小变化的数据
  • ②.访问Heap比访问Stack慢(必须通过指针访问数据)
• 向Heap读写数据步骤
  • 写入数据
    • ①.在Heap上_分配内存（allocating on the heap）
    • ②.返回指针（分配内存的地址）
    • ③.拷贝数据到指针指向的内存
  • 读取数据
    • ①.通过指针指向Heap内存
    • ②.获取内存数据

二.所有权的规则

• (一).每个值都有一个所有者
• (二).任意时刻，值有且只有一个所有者

//变量A 赋值给 变量B 情况：
1.栈上数据类型（准确的是实现了Copy trait）,A、B可同时使用
2.堆上数据类型，A的所有权转移给B，A不再可用

• (三).当所有者离开作用域，这个值被丢弃

三.变量作用域

程序中一个变量的有效范围

{// s 在这里无效, 它尚未声明
    let s = "hello";   // 从此处起，s 是有效的
    // 使用 s
} // 此作用域已结束，s 不再有效

四.String类型

(一).字符串字面值

代码手写的字符串值。是不可变的：编译时计算出所占大小、内容被硬编码到执行文件、执行速度快且高效

(二).String类型

• 在Heap上分配内存
• String类型在作用域结束后rust自动释放(drop)其申请的内存

//比如：
{
    let s = String::from("hello"); // 从此处起,s是有效的
    //...
} // 此作用域已结束,rust编译器自动插入调用drop

• 创建String类型： let s=String::from("hahah");

五.变量与数据的交互方式

(一).move

1.栈上数据类型移动

标量数据的移动发生copy动作(因为标量数据实现了Copy trait)

//比如：
let x = 5;
let y = x;//将5绑定到x；接着生成一个值x的拷贝并绑定到y(拷贝后仍然有效)

2.堆上数据类型移动。

• (1).拷贝堆数据类型的结构体,并没有复制指针指向的数据.比如String类型:
  • ①.String类型的组成部分

  

    // 1.左边(存储在栈上)
    //      ptr:指向heap的指针
    //      capacity:申请的heap的容量
    //      len:当前字符串长度
    //  2.右边：堆上申请的内存
  

  • ②.将String类型赋值给另外一个变量：只复制结构体没有拷贝指针指向内存

    let s1=String::from("hello");
    let s2=s1;//s1赋值给s2的示意图如下
    //有点类似：java的浅拷贝(shallow copy)
  

  

• (2).rust规避二次释放（double free）
  • 如上示意图所示：变量s1和s2同时指向一块heap,当s1和s2离开对应作用域都屌用drop函数，就存在出现两次释放的问题
  • 为了规避二次释放,rust规定 s1 赋值给s2后 s1即失效

  

    let s1 = String::from("hello");
    let s2 = s1;
    println!("{}, world!" , s1);//这里抛出错误 ：^^ value used here after move.
  
    //符合所有权规则2：任意时刻，值有且只有一个所有者。所以赋值实际就是所有权的转移
  

(二).clone和copy

1.栈上数据的copy

let x = 5;
let y = x;
println!("x = {}, y = {}", x, y);//虽然y没有copy  x,但是x不会移动失效

• (1).规则
  • ①.实现了 Copy trait注解的类型，从一个变量赋值给另外一个变量后仍然可用
  • ②.Copy trait和Drop trait互斥.(Rust 不允许自身或其任何部分实现了 Drop trait 的类型使用 Copy trait)
• (2).实现了Copy trait的数据类型

  • ①.标量类型：所有整数、布尔、浮点数、字符串(char)

    际上都是拷贝成本基本可以忽略的数据类型。比如一个i32或u32在32cpu架构中寄存器(eax,ebx..)就可以容纳不过是一条move指令

  • ②.元组。当且仅当其包含的类型也都是 Copy trait的时候。

    比如， (i32, i32) 是 Copy 的，但(i32, String) 就不是。

2.堆上数据的clone

let s1 = String::from("hello");
let s2 = s1.clone();//clone 是通用函数
println!("s1 = {}, s2 = {}", s1, s2);//s2复制了s1指向的堆内存，现在编译时不会报错了

六.所有权与函数(20230105)

(一).函数调用参数传递

• 将值传递给函数与给变量赋值的原理相似。

• 向函数传递值可能会移动或者复制

(二).返回值与作用域。

返回值也可以转移所有权

(三).变量的所有权遵循模式

• 1.把一个值赋给其它变量时就会发生移动
• 2.当一个持有heap数据的变量离开作用域时，它的值就会被drop函数清理(除非数据的所有权移动到另外一个变量上)

(四).如何避免函数使用值但不发生所有权转移

• 1.函数用完变量后返回值返回变量
• 2.下节的引用