rust所有权

一、堆和栈

栈和堆都是程序运行时使用的内存，但是它们的结构不同。

1.栈
栈，英文是stack。是内存的一段区域。
栈是后进先出形式的。就像薯片桶，先放进去的一片只能后拿出来。
栈上存储的数据大小必须是已知且固定的。也就是说如果一个变量或数据要放到栈上，那么它的大小在编译是就必须是明确的。
例如，类型为i32的变量，它的大小是固定4个字节。

2.堆
堆，英文是heap。是内存的另一段区域。堆内存也叫做资源。
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。这个过程称作在堆上分配内存。因为指针大小是已知且固定的，所以可以将该指针存储在栈上，不过当需要实际数据时，必须去指针指向的内存读取数据。就像一个围棋棋盘，你可以把一枚棋子放到任意可以放得下的位置。
在编译时大小未知或大小可能变化的数据，要存储在堆上。
堆不受系统管理，由用户自己管理，因此，使用不当，内存溢出的可能性就大大增加了。

Rust与其他语言的区别
（1）指针超出作用域会自动释放堆内存：
对于简单类型的栈内存（如int）超出作用域后自动释放，这个功能各个语言都有。而对于new出来的堆内存，在c/c++中要手动释放，在java中要委托垃圾回收释放。而垃圾回收不是实时的，会影响性能，手动释放又总会有人忘记释放。而Rust对栈内存和堆内存一视同仁，超出作用域一律自动释放，相当于自动delete指针。所以rust避免了内存泄漏。
在作用域结束时释放资源的模式称作资源获取即初始化（Resource Acquisition Is Initialization (RAII)）。
rust强制使用raii，所以任何对象在离开作用域时，它的析构函数就被调用，然后它占有的资源就被释放。
这避免了资源泄漏，所以你再也不用手动释放内存或者担心内存泄漏。
（2）所有权：
某段内存只能被最后的变量名所有，前面声明过的变量都作废，这样一段内存就只有一个所有者，只有所有者可以释放这块内存。这有效避免了被多个变量释放的问题，而且该操作是在编译期的，这可在编译期就能避免空指针问题。比如c++中，a和b指向同一块内存，如果delete a之后，再delete b就会出错，而rust中不会出现这种问题。

二、所有权

（一）所有权是什么
所有权是指对内存资源的控制权和管理权。
在Rust中，每个值都有一个唯一的所有者。定义一个变量就是声明这个值由这个变量所有。所有的值最终都要存储在一块内存上，变量拥有这个值其实是拥有这块内存。栈内存所有者就是声明时的变量，而堆内存所有者是分配返回的指针。
只有所有者才能释放这块内存，其他人不能释放这块内存。
当所有者超出作用域时，会自动释放这块内存。

所有权的规则：
1.Rust中的每一个值都有一个所有者。
2.值在任一时刻有且只有一个所有者。
3.当所有者离开作用域，这个值将被丢弃。

比如，
现在可以把Box当成一个指针，后面章节再讲解Box用法。

fn create_box() {
    let _box1 = Box::new(3i32);// 在堆上分配一个整型数据
    // `_box1` 在这里被销毁，内存得到释放。如果是c++，就得手动delete，否则就会内存泄漏。这就是区别。
}
fn main() {
    let _box2 = Box::new(5i32);// 在堆上分配一个整型数据

    // 嵌套作用域：
    {
         let _box3 = Box::new(4i32);// 在堆上分配一个整型数据
         // `_box3` 在这里被销毁，内存得到释放
    }

    // 创建一大堆 box 完全不需要手动释放内存！
    for _ in 0u32..1000 {
         create_box();
    }
    // `_box2` 在这里被销毁，内存得到释放
}

（二）转让所有权
所有权可以转让。转让所有权也叫move。
就是由新变量拥有内存，旧变量变成无效的。

s1转让给s2，就像下图所示。s2拥有堆内存，s1变无效。

Rust语言中转让所有权的方式有以下几种：
1.把一个变量赋值给另一个变量。
2.把变量值传递给函数作为参数。
3.函数中返回一个变量作为返回值。

1.把一个变量赋值给另一个变量

fn main(){
    let a = Box::new(5i32);// a 是一个指向堆分配的整数的指针
    let b = a;// 移动a到b，把a的指针地址（而非数据）复制到b。现在是b拥有堆内存，a变无效。
    //println!("a contains: {}", a);// 报错！a无效，因为它不再拥有那部分堆上的内存。
}

2.把变量值传递给函数作为参数。
值传递方式，值的所有权也会发生变更

fn destroy_box(c: Box) {
    println!("Destroying a box that contains {}", c);
    // c 被销毁且内存得到释放
}
fn main() {
    let a = Box::new(5i32);// a 是一个指向堆分配的整数的指针
    destroy_box(a);// a的所有权转移给函数形参，a变无效
    //println!("a contains: {}", a);// 报错！a无效
}

3.函数中返回一个变量作为返回值
函数的形参获得的所有权将在离开函数后就失效了。失效的数据就再也访问不到了。
为了解决所有权失效的问题，我们可以让函数将所有者返回给调用者。

fn destroy_box(c: Box) ->Box {
    println!("Destroying a box that contains {}", c);
    c
}
fn main() {
    let mut a = Box::new(5i32);// a 是一个指向堆分配的整数的指针
    a = destroy_box(a);// a的所有权转移给函数形参，a变无效
    println!("b contains: {}", a);// 报错！a无效
}

（三）复刻
复刻，英文是clone。也叫深复制或深拷贝。
有时候，我们需要创建一个值的完全独立的副本，而不是转让所有权。在这种情况下，可以使用复刻。

创建s1的副本s2，就像下图所示。s1和s2都拥有了独立的所有权。

示例：

fn main() {
     let s1 = String::from("hello");
     let s2 = s1.clone();
     println!("{} {}", s1, s2); // 正常打印 "hello hello"
}

创建了字符串"hello"的副本，赋值给s2，因此s1和s2都拥有了独立的所有权。

fn main() {
    let a = Box::new(5i32);
    let b = a.clone();
    println!("{}", a);
    println!("{}", b);
}

栈上的数据
看下例

fn main() {
    let a = 50;
    let b = a;
    println!("{}", a);
    println!("{}", b);
}

这段代码能编译通过。按照所有权转让规则的话，它应该编译错误才对，可是为什么能编译通过？
因为像整型这样的类型完全存储在栈上，并不需要占用那么大的内存，所以拷贝它的值是很快的。没有理由在创建变量b后使a无效。这里没有深浅拷贝的区别，所以这里不管是否调用clone，效果都一样。
Rust有一个Copy trait，可以用于存储在栈上的类型。如果一个类型实现了Copy trait，那么就不使用所有权转让，而是使用复刻。

那么哪些类型实现了Copy trait呢？
Rust不允许自身或其部分实现了Drop trait的类型使用Copy trait。
任何简单标量值的组合都可以实现Copy，任何不在堆上分配内存的类型都可以实现Copy。
如下是一些Copy的类型：
1.布尔类型，bool
2.数字类型，包括整数和浮点数，比如 u32，f64。
3.字符类型，char
4.元组，当且仅当，其包含的类型都实现Copy的时候。比如，(i32, i32) 实现了Copy，但 (i32, String) 就没有。