现代 Rust 实战教程

Appearance

第 2 章：所有权（Rust 之魂） ​

示例：examples/ch02_ownership

学习目标 ​

  • 理解 Move / Borrow / Copy
  • 能解释为什么某些代码不能编译
  • 在函数边界正确传递数据

2.1 为什么需要所有权 ​

很多语言靠 GC 或手动 free。Rust 用编译期规则保证：

  1. 每个值有且只有一个所有者
  2. 所有者离开作用域时值被释放
  3. 借用必须始终有效

这换来：无 GC 停顿 + 内存安全。

2.2 Move 语义 ​

rust
let s1 = String::from("hello");
let s2 = s1; // s1 被 move，不能再使用
// println!("{s1}"); // ❌
println!("{s2}");    // ✅

String 管理堆内存，赋值默认 move，避免双重释放。

像 i32、bool、char、小元组等实现了 Copy 的类型会复制而非移动：

rust
let x = 5;
let y = x;
println!("{x}, {y}"); // 都可用

2.3 函数与所有权 ​

rust
fn take(s: String) {
    println!("{s}");
} // s drop

fn give() -> String {
    String::from("owned")
}

fn take_and_give(s: String) -> String {
    s
}

频繁 take/return 很吵，于是有了借用。

2.4 借用与引用 ​

rust
fn len(s: &String) -> usize {
    s.len()
}

fn append(s: &mut String) {
    s.push_str("!");
}

let mut name = String::from("Neo");
let n = len(&name);
append(&mut name);

规则：

  • 同一时刻：要么多个 &T，要么一个 &mut T
  • 引用必须始终指向有效数据

这直接对应 Web 服务里「只读共享状态」vs「可写状态要加锁/消息传递」。

2.5 String vs &str ​

rust
fn greet(name: &str) {
    println!("hi, {name}");
}

let owned = String::from("Trinity");
greet(&owned);   // String 可强制转成 &str
greet("Morpheus");

经验法则：

场景类型
函数只读字符串&str
需要拥有并修改String
长期存入结构体常选 String
静态字面量&'static str

2.6 Slice ​

rust
let nums = [10, 20, 30, 40];
let part = &nums[1..3]; // [20, 30]

let text = String::from("hello world");
let first = first_word(&text);

fn first_word(s: &str) -> &str {
    match s.find(' ') {
        Some(i) => &s[..i],
        None => s,
    }
}

2.7 生命周期直觉（先不写标注） ​

编译器要确保：返回的引用不会比输入活得更久。

rust
fn longest<'a>(a: &'a str, b: &'a str) -> &'a str {
    if a.len() >= b.len() { a } else { b }
}

第 6 章再系统讲标注；现在只需知道：借用检查器在保护你。

2.8 后端中的所有权模式 ​

rust
// 入参借用
fn validate_email(email: &str) -> bool {
    email.contains('@')
}

// handler 结束时丢弃请求体（所有权自然释放）
struct CreateUser {
    email: String,
    name: String,
}

状态共享常见选择（后文展开）：

  • 只读配置：Arc<Config>
  • 可写缓存：Arc<Mutex<T>> / Arc<RwLock<T>>
  • 跨任务消息：tokio::sync::mpsc

运行示例 ​

bash
cargo run -p ch02_ownership

本章小结 ​

  • 所有权三规则：每个值有唯一所有者；所有者离开作用域即释放；借用必须始终有效
  • String 等管理堆内存的类型赋值/传参默认 move；i32、bool、char 等 Copy 类型按位复制
  • 借用规则：同一时刻要么多个 &T，要么一个 &mut T
  • 函数只读字符串入参用 &str，需要拥有/修改用 String，&String 可自动转 &str
  • Slice（&[T]、&str）是对连续数据的借用视图，不拷贝数据
  • 返回的引用不能比输入活得久——借用检查器在编译期保证这一点
  • 后端状态共享模式：只读配置 Arc<Config>，可写缓存 Arc<Mutex/RwLock<T>>，跨任务消息 mpsc

自测清单

  • [ ] 我能解释 move 和 borrow 的区别
  • [ ] 我能说出哪些类型是 Copy、为什么 String 不是
  • [ ] 我能背出借用规则，并解释它防止了什么问题
  • [ ] 我能解释为什么返回局部变量的引用不能编译
  • [ ] 我能在函数签名里正确选择 &str / String / &mut String

练习 ​

  1. 写 count_words(text: &str) -> usize。
  2. 写 normalize(s: &mut String)：去首尾空白并转小写（可用现成方法）。
  3. 解释：为什么 fn bad() -> &str { let s = String::from("x"); &s } 不能编译。

动手做题：打开 examples/ch02_ownership/src/exercises.rs，把 todo!() 换成你的实现（last_word 切片借用、shout 可变借用、longest_in 返回引用与生命周期）：

bash
cd examples
cargo test -p ch02_ownership -- --ignored   # 自动判题（没做完时失败是预期的）

全部通过后对照参考答案 src/solutions.rs（默认随 cargo test 验证，答案保证可靠）。

导航：上一章 | 返回目录 | 下一章