1.11 生命周期(进阶) Pt.1：回顾、借用检查器、泛型生命周期

这篇文章在已有基础上对生命周期这一概念进行补充。

1.11.1. 回顾

在初级教程中我们提到过：Rust里每个引用都有生命周期，它就是引用保持合法的作用域(scope)，大多数时候都是隐式并且由编译器推断出来的。

对某个变量取得引用时生命周期开始，当变量移动或离开作用域时生命周期结束。也就是对于某个引用来说，它必须保持合法的一个代码区域的名称。

生命周期通常与作用域重合，但也不一定。

1.11.2. 借用检查器(Borrow Checker)

每当具有某个生命周期'a的引用被使用，借用检查器都会检查'a是否还存活。具体方法是：

• 追踪路径到'a开始（获得引用）的地方
• 从这开始，检查沿着路径是否存在冲突
• 保证引用指向一个可安全访问的值

这个例子使用了 rand crate。在Cargo.toml中添加如下依赖：

[dependencies]
rand = "0.8"

看个例子：

use rand::random;  
  
fn main() {  
    let mut x = Box::new(42);  
    let r = &x;  
    if random::<f32>() > 0.5 {  
        *x = 84;  
    } else {  
        println!("{}", r);  
    }  
}

• x是Box<i32>类型

• 把r声明为x的引用，从这一行(第5行)开始引用的生命周期就开始了

• 第7行对x进行了解引用修改值的操作，需要一个指向x的可变引用。借用检查器此时就会去出一个指向x的可变引用，并检查它的使用是否存在冲突，这个代码例中没有冲突，所以代码是合法的

• 有人可能会问了：第7行在r的作用域里，*x需要指向x的可变引用，那在同一个作用域里既有不可变引用r和可变引用*x违反了借用规则不应该报错吗？ 事实上Rust很聪明，知道代码如果走了if分支就不能走else分支了，r在if分支下根本就没有使用过，所以在if分支下使用*x这个可变引用是没有问题的。换句话说，r的生命周期并没有延伸到if分支里。这就是生命周期通常不与作用域完全重合的例子

再看一个例子：

fn main() {  
    let mut x = Box::new(42);  
      
    let mut z = &x;  
    for i in 0..100 {  
        println!("{}", z);  
        x = Box::new(i);  
        z = &x;  
    }  
    println!("{}", z);  
}

• x是Box<i32>类型
• z是x的引用，从这行(第4行)生命周期就开始了
• 第6行，循环中打印了z，使用到了z这个引用自然就会被借用检查器检查。这里没有什么问题，所以借用检查器不会报错
• 第7行，x被重新赋值
• 第8行，z被重新赋值，Rust会把新赋的这个引用视作是另一个引用，所以相当于第8行是新的生命周期，而原本的生命周期到7行就结束了
• 之后的每次循环都是z = &x;这一行会开启一个新的生命周期。借用检查器因此不会报错

借用检查器的特性

借用检查器是保守的：如果不确定某个借用是否合法，借用检查器就会拒绝该借用。

借用检查器有时候会需要帮助来理解借用为什么是合法的，这就是Unsafe Rust存在的部分原因。

1.11.3. 泛型生命周期

有时候我们需要在自己的类型里储存引用。我们就需要给这些引用标注生命周期，以便借用检查器检查合法性。例如在类型方法中返回引用，且存活时间比self长。

Rust允许你基于一个或多个生命周期将类型的定义泛型化。

两点提醒

• 如果类型实现了Drop trait，那么丢弃类型时，就被记作是使用了类型所泛型的生命周期或类型。如果类型没有实现Drop trait，那么类型丢弃时不会当作使用了生命周期，可以忽略类型内的引用。 举个例子：某个类型实例要被丢弃了，在丢弃之前，借用检查器会查看是否仍然合法地去使用你类型的泛型生命周期，因为你在drop函数中的代码可能会用到这些引用

• 类型可泛型多个生命周期，但通常没必要让类型签名变得更复杂。只有类型包含多个引用时，你才应该使用多个生命周期参数，并且返回的引用只应绑定到其中一个引用的生命周期。

看个例子：

#![allow(unused)]
fn main() {
fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {  
    if x.len() > y.len() {  
        x  
    } else {  
        y  
    }  
}
}

'a表示有a这么一个生命周期,x、y以及返回类型都是这个生命周期a，这个时候就表示x、y和返回类型的生命周期是一样的。