1.什么是所有权?
Rust 的核心功能(之一)是 所有权(ownership)。虽然该功能很容易解释,但它对语言的其他部分有着深刻的影响。
所有程序都必须管理其运行时使用计算机内存的方式。一些语言中具有垃圾回收机制,在程序运行时有规律地寻找不再使用的内存,例如:Java、Go;在另一些语言中,程序员必须亲自分配和释放内存,例如:C、C++。Rust 则选择了第三种方式:通过所有权系统管理内存,编译器在编译时会根据一系列的规则进行检查。如果违反了任何这些规则,程序都不能编译。在运行时,所有权系统的任何功能都不会减慢程序。
因为所有权对很多程序员来说都是一个新概念,需要一些时间来适应。随着你对 Rust 和所有权系统的规则越来越有经验,你就越能自然地编写出安全和高效的代码, 需要学习者能够持之以恒。
当理解了所有权,将会有一个坚实的基础来理解那些使 Rust 独特的功能。
2.栈和堆基础
在很多语言中,并不需要经常考虑到栈与堆。不过在像 Rust 这样的系统编程语言中,值是位于栈上还是堆上在更大程度上影响了语言的行为以及为何必须做出这样的抉择。
栈和堆都是代码在运行时可供使用的内存,但是它们的结构不同。栈以放入值的顺序存储值并以相反顺序取出值。这也被称作 后进先出(last in, first out)。
增加数据叫做 进栈(pushing onto the stack),而移出数据叫做 出栈(popping off the stack)。栈中的所有数据都必须占用已知且固定的大小。在编译时大小未知或大小可能变化的数据,要改为存储在堆上。
堆是缺乏组织的:当向堆放入数据时,你要请求一定大小的空间。内存分配器(memory allocator)在堆的某处找到一块足够大的空位,把它标记为已使用,并返回一个表示该位置地址的 指针(pointer)。这个过程称作 在堆上分配内存(allocating on the heap),有时简称为 “分配”(allocating)。因为指向放入堆中数据的指针是已知的并且大小是固定的,你可以将该指针存储在栈上,不过当需要实际数据时,必须访问指针。
入栈比在堆上分配内存要快,因为(入栈时)分配器无需为存储新数据去搜索内存空间;其位置总是在栈顶。相比之下,在堆上分配内存则需要更多的工作,这是因为分配器必须首先找到一块足够存放数据的内存空间,并接着做一些记录为下一次分配做准备。
访问堆上的数据比访问栈上的数据慢,因为必须通过指针来访问。现代处理器在内存中跳转越少就越快(缓存)。出于同样原因,处理器在处理的数据彼此较近的时候(比如在栈上)比较远的时候(比如可能在堆上)能更好的工作。当你的代码调用一个函数时,传递给函数的值(包括可能指向堆上数据的指针)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。
跟踪哪部分代码正在使用堆上的哪些数据,最大限度的减少堆上的重复数据的数量,以及清理堆上不再使用的数据确保不会耗尽空间,这些问题正是所有权系统要处理的。一旦理解了所有权,就不需要经常考虑栈和堆了,不过明