Rust-析构函数

所谓“析构函数”(destructor),是与“构造函数”(constructor)相对应的概念。

“构造函数”是对象被创建的时候调用的函数，“析构函数”是对象被销毁的时候调用的函数。

Rust中没有统一的“构造函数”这个语法，对象的构造是直接对每个成员进行初始化完成的，我们一般将对象的创建封装到普通静态函数中。

相对于构造函数，析构函数有更重要的作用。

它会在对象消亡之前由编译器自动调用，因此特别适合承担对象销毁时释放所拥有的资源的作用。

比如，Vec类型在使用的过程中，会根据情况动态申请内存，当变量的生命周期结束时，就会触发该类型的析构函数的调用。

在析构函数中，我们就有机会将所拥有的内存释放掉。

在析构函数中，我们还可以根据需要编写特定的逻辑，从而达到更多的目的。

析构函数不仅可以用于管理内存资源，还能用于管理更多的其他资源，如文件、锁、socket等。

在C++中，利用变量生命周期绑定资源的使用周期，已经是一种常用的编程惯例。

此手法被称为RAII (Resource Acquisition Is Initialization)。

在变量生命周期开始时申请资源，在变量生命周期结束时利用析构函数释放资源，从而达到自动化管理资源的作用，很大程度上减少了资源的泄露和误用。

在Rust中编写“析构函数”的办法是impl std::ops::Drop。Drop trait的定义如下：
在这里插入图片描述
Drop trait允许在对象即将消亡之时，自行调用指定代码。我们来写一个自带析构函数的类型。示例如下：

编译，执行结果为：

从上面这段程序可以看出析构函数的调用时机。

变量_y的生存期是内部的大括号包围起来的作用域(scope),待这个作用域中的代码执行完之后，它的析构函数就被调用；变量_x的生存期是整个main函数包围起来的作用域，待这个函数的最后一条语句执行完之后，它的析构函数就被调用。

对于具有多个局部变量的情况，析构函数的调用顺序是：先构造的后析构，后构造的先析构。因为局部变量存在于一个“栈”的结构中，要保持“先进后出”的策略。

资源管理

在创建变量的时候获取某种资源，在变量生命周期结束的时候释放资源，是一种常见的设计模式。

这里的资源，不仅可以包括内存，还可以包括其他向操作系统申请的资源。

比如我们经常用到的File类型，会在创建和使用的过程中向操作系统申请打开文件，在它的析构函数中就会去释放文件。

所以，RAⅡ手法是比GC更通用的资源管理手段，GC只能管理内存，RAIⅡ可以管理各种资源。

下面用Rust标准库中的“文件”类型，来展示一下RAIⅡ手法。示例如下：

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除去那些错误处理的代码以后，整个逻辑实际上相当清晰：首先使用open函数打开文件，然后使用read_to_string方法读取内容，最后关闭文件，这里不需要手动关闭文件，因为在File类型的析构函数中已经自动处理好了关闭文件这件事情。

再比如标准库中的各种复杂数据结构(如vec linkedList HashMap等),它们管理了很多在堆上动态分配的内存。

它们也是利用“析构函数”这个功能，在生命终结之前释放了申请的内存空间，因此无须像C语言那样手动调用free函数。

主动析构

一般情况下，局部变量的生命周期是从它的声明开始，到当前语句块结束。然而，我们也可以手动提前结束它的生命周期。请注意，用户主动调用析构函数是非法的，示例如下：
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这说明编译器不允许手动调用析构函数。那么,我们怎样才能让局部变量在语句块结束前提前终止生命周期呢?办法是调用标准库中的std::mem::drop函数：
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这段代码会编译出错，是因为调用drop方法的时候，v的生命周期就结束了，后面继续使用变量v就会发生编译错误。

那么,标准库中的std::mem::drop函数是怎样实现的呢?可能许多人想不到的是，这个函数是Rust中最简单的函数，因为它的实现为“空”:

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drop函数不需要任何的函数体，只需要参数为“值传递”即可。将对象的所有权移人函数中，什么都不用做，编译器就会自动释放掉这个对象了。

因为这个drop函数的关键在于使用move语义把参数传进来，使得变量的所有权从调用方移动到drop函数体内，参数类型一定要是T,而不是&T或者其他引用类型。

函数体本身其实根本不重要，重要的是把变量的所有权move进入这个函数体中，函数调用结束的时候该变量的生命周期结束，变量的析构函数会自动调用，管理的内存空间也会自然释放。

这个过程完全符合前面讲的生命周期、move语义，无须编译器做特殊处理。

事实上，我们完全可以自己写一个类似的函数来实现同样的效果，只要保证参数传递是move语义即可。

因此，对于Copy类型的变量，对它调用std::mem::drop函数是没有意义的。下面以整数类型作为示例来说明：

在这里插入图片描述
这种情况很容易理解。因为Copy类型在函数参数传递的时候执行的是复制语义，原来的那个变量依然存在，传入函数中的只是一个复制品，因此原变量的生命周期不会受到影响。

变量遮蔽(Shadowing)不会导致变量生命周期提前结束，它不等同于drop。示例如下：

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编译，执行，输出的结果为：

这里函数调用的顺序为：先创建第一个x,再创建第二个x,退出函数的时候，先析构第二个x,再析构第一个x。由此可见，在第二个x出现的时候，虽然将第一个x遮蔽起来了，但是第一个x的生命周期并未结束，它依然存在，直到函数退出。这也说明了，虽然这两个变量绑定了同一个名字，但在编译器内部依然将它们视为两个不同的变量。

另外还有一个小问题需要提醒注意，那就是下划线这个特殊符号。请注意：如果你用下划线来绑定一个变量，那么这个变量会当场执行析构，而不是等到当前语句块结束的时候再执行。下划线是特殊符号，不是普通标识符。示例如下：

在这里插入图片描述执行结果为：

在这里插入图片描述
之所以是这样的结果，是因为用下划线绑定的那个变量当场就执行了析构，而其他两个变量等到语句块结束了才执行析构，而且析构顺序和初始化顺序刚好相反。所以，如果大家需要利用RAⅡ实现某个变量的析构函数在退出作用域的时候完成某些功能，千万不要用下划线来绑定这个变量。

最后，请大家注意区分，std::mem::drop()函数和std::ops::Drop::drop()方法。

std::mem::drop()函数是一个独立的函数，不是某个类型的成员方法，它由程序员主动调用，作用是使变量的生命周期提前结束；std::ops::Drop::drop()方法是一个trait中定义的方法，当变量的生命周期结束的时候，编译器会自动调用，手动调用是不允许的。
std::mem::drop(_x:T)的参数类型是T,采用的是move语义；std::ops::Drop::drop(&mut self)的参数类型是&mut Self,采用的是可变借用。在析构函数调用过程中，我们还有机会读取或者修改此对象的属性。