Rust - 变量与数据的交互方式(move)

变量与数据的交互方式 - 移动

Rust 中的多个变量可以采用一种比较独特的方式和同一个数据进行交互，如下代码所示，将变量x的值赋给y：

fn main() {
    let x = 1;
    let y = x;
}

我们大概可以推论出上述代码的原理：将1这个整数绑定给x变量，let y = x相当于创建了一个x的副本，并且将这个副本绑定给了y。现在有了两个变量，x和 y，都等于 1。这也正是事实上发生了的，因为整数是有已知固定大小的简单值，所以这两个 1被放入了栈中。

上面是已知固定大小的简单例子，现在看一下复杂的例子就是String。

fn main() {
    let str1 = String::from("hello");
    let str2 = str1;
}
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上述代码看起来和整数的例子非常相似，所以我们可能会假设他们的运行方式也是类似的：也就是说，第二行可能会生成一个 str1的副本并绑定到 str2上。不过，事实上并不完全是这样。

首先我们需要知道String底层是什么样的，String在内存中由三部分组成，如下如所示，是将值hello绑定给str1的String在内存中的表现形式。一个指向存放字符串内容内存的指针，一个长度，和一个容量。这一组数据存储在栈上。右侧则是堆上存放内容的内存部分。

图1

长度表示 String的内容当前使用了多少字节的内存。容量是 String从操作系统总共获取了多少字节的内存。长度与容量的区别是很重要的，不过在当前上下文中并不重要，所以现在可以忽略容量。

当我们将 str1赋值给 str2，String的数据被复制了，这意味着我们从栈上拷贝了它的指针、长度和容量。我们并没有复制指针指向的堆上数据。换句话说，内存中数据的表现如下图所示。

图2

这个表现形式看起来 并不像下图中的那样，如果 Rust 也拷贝了堆上的数据，那么内存看起来就是这样的。如果 Rust 这么做了，那么操作 str2 = str1在堆上数据比较大的时候会对运行时性能造成非常大的影响。

图3

之前我们提到过当变量离开作用域后，Rust 自动调用 drop函数并清理变量的堆内存。不过图 2 展示了两个数据指针指向了同一位置。这就有了一个问题：当 str2和 str1离开作用域，他们都会尝试释放相同的内存。这是一个叫做 二次释放（double free）的错误，也是之前提到过的内存安全性 bug 之一。两次释放（相同）内存会导致内存污染，它可能会导致潜在的安全漏洞。

为了确保内存安全，这种场景下 Rust 有另一个独到的处理。与其尝试拷贝被分配的内存，Rust 则认为 str1不再有效，因此 Rust 不需要在 str1离开作用域后清理任何东西。看看在 str2被创建之后尝试使用 str1会发生什么:

fn main() {
    let s1 = String::from("hello");
	let s2 = s1;

	println!("{}, world!", s1);
}

运行cargo run就会报错，因为Rust禁止使用无效的引用：

error[E0382]: use of moved value: `s1`
 --> src/main.rs:5:28
  |
3 |     let s2 = s1;
  |         -- value moved here
4 |
5 |     println!("{}, world!", s1);
  |                            ^^ value used here after move
  |
  = note: move occurs because `s1` has type `std::string::String`, which does
  not implement the `Copy` trait

如果你在其他语言中听说过术语 浅拷贝（shallow copy）和 深拷贝（deep copy），那么拷贝指针、长度和容量而不拷贝数据可能听起来像浅拷贝。不过因为 Rust 同时使第一个变量无效了，这个操作被称为移动（move），而不是浅拷贝。上面的例子可以解读为 s1被移动到了 s2中。那么具体发生了什么，如下图所示。