rust踩雷笔记3——生命周期的理解

生命周期是rust中最难的概念——鲁迅

这一块内容即便是看rust圣经，第一遍也有点懵。今天早上二刷突然有了更直观的认识，记录一下。

概念和基本使用

生命周期就是应用的有效作用域，它的主要作用是避免悬垂引用。

悬垂引用的典型例子：

{let y;{let x = 1;y = &x;}println!("y: {}", y);
}

简而言之就是y引用的变量在y被使用之前就释放了。

我们通过肉眼检查上面代码，会发现x的生命周期没有延续到y被使用的时候，所以会发现问题。rust为了安全做出了很多约束，所以这里即便是我们不用肉眼观察，也能发现问题。

一个例子彻底理解最基本的内容

让我们直接切入使用，来体会生命周期的用法。

首先，就算你什么都不做，编译器大多数可以自动推导出生命周期。

如果你要手动标注声明周期，那么就加'a符号，'是重点，a的话可以替换。

看如下代码：

let y;
{let x = 1;y = &x;
}
println!("y: {}", y);

很显然发生了悬垂引用，报错信息：
x does not live long enough, borrowed value does not live long enough
x的生命周期在花括号内，想要避免悬垂引用，需要将x的生命周期延长到y的位置

方法一✔️：

let x = 1;
let y;
{y = &x;
}
println!("y: {}", y);

这样肯定就没错了，x作为被引用的变量，生命周期比引用它的y长

方法二❎：
不改变代码，只是添加生命周期引用？

当然不行！

生命周期引用只是为了向编译器做出说明，如果加了'a的话，就说明引用的作用域大于等于’a。如果对多个引用加同一个’a，说明这些引用的作用域都大于等于’a。可以看到，这是一种约束条件；
生命周期标注’a并不改变引用的真实生命周期，只是告诉编译器，当不满足’a表示的约束条件时，就报错。

⭐️一个例子体会生命周期的作用——让编译器检查约束条件

let x = 5;
{let y = &x;
}

这个代码肯定没有问题，被引用的x比引用y活得久。

那如果此时我加入生命周期约束

let x = 5;
{let y: &'static i32 = &x;
}

这是在告诉编译器y具有全局生命周期，但实际上y的生命周期在花括号内，上述代码没有悬垂引用。

那你觉得此时，编译器报不报错？
当然会！记住两个原则：

1. 生命周期标注不改变引用的真实生命周期（比如上述的y还是在花括号内）
2. 编译器会相信你标注的生命周期，而不是引用真实的生命周期

没错，当你标注’static起，编译器就认为y可以活全局，那么此时它检查x和y的约束关系，就会按照这个来。所以报错信息是：
x does not live long enough, borrowed value does not live long enough
编译器觉得x不能活全局，所以y活全局的话，会发生悬垂引用。

⚠️注意：
问：上述代码有没有发生悬垂引用？
答：没有。
问：'static有没有改变y的真实生命周期？
答：没有。
问：那为啥报了悬垂引用的错误？
答：因为编译器相信你的标注，从而它认为y就是活全局的。

一个例子理解函数签名为什么要有生命周期标注

摘自rust圣经的一段代码：

fn main() {let string1 = String::from("abcd");let string2 = "xyz";let result = longest(string1.as_str(), string2);println!("The longest string is {}", result);
}
fn longest(x: &str, y: &str) -> &str {if x.len() > y.len() {x} else {y}
}

这个程序会报错：
help: this function's return type contains a borrowed value, but the signature does not say whether it is borrowed from x or y

我们来分析一下，当longest被调用的时候，x引用string1，y引用string2（严格讲string2本身是&str）。result因为获取返回值，所以是引用string1或者string2，那么问题来了，rust因为严格的安全检查，此时要检查是否有悬垂引用，即检查是否有被引用的变量生命周期大于引用变量。

可是编译期间是无法获知result会引用哪个字符串的，编译器这个大聪明就无法检查是否有悬垂引用。

rust圣经说了，改成这个就不会有问题了：

fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {if x.len() > y.len() {x} else {y}
}

记住分析：编译器会认为x和y生命周期都不小于’a，并且’a的大小就是x和y中生命周期的交集。所以相当于告诉了编译器，把具体引用传给返回值的时候，返回值的生命周期为x和y生命周期的交集。

如下例子深入理解：
（依旧摘自rust圣经）

fn main() {let string1 = String::from("long string is long");let result;{let string2 = String::from("xyz");result = longest(string1.as_str(), string2.as_str());}println!("The longest string is {}", result);
}

分析：我们告诉编译器的结论是，'a的生命周期是string1和string2的交集，也就是string2的生命周期；因此result生命周期等于string2的生命周期。

然后，编译器根据我们的结论，去检查代码有没有悬垂引用的风险，虽然上述函数调用，会使得result引用的是string1，这样一看没有悬垂引用。但是编译期间不知道result会引用谁，此时编译器一看，如果引用的是string2，那么悬垂引用就会发生，所以就会报错。

由于此例子中result只会引用string1，所以代码也许可以这样改：

fn longest<'a>(x: &'a str, y: &str) -> &'a str {x
}

就不会出错了。

先写这么多，剩下的结合实践深入了解。

我又回来了，因为发现一个更好做说明的例子：

⭐️能不能对编译器蒙混过关？

这个标题什么意思呢，我们再把rust圣经中一段代码摘过来

fn main() {let string1 = String::from("long string is long");let result;{let string2 = String::from("xyz");result = longest(string1.as_str(), string2.as_str());}println!("The longest string is {}", result);
}
fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {if x.len() > y.len() {x} else {y}
}

刚刚说了，这个生命周期标注会让编译器意识到有悬垂引用风险，于是拒绝代码执行

safety这个单词被发明出来前，还有个单词表示安全，叫rusty——鲁迅

这时候咱可能不爽了，你看明明string1更长，longest只会返回对string1的引用，肉眼就能发现没有悬垂引用，为什么编译器这个大聪明一定要去检查string2呢？

不行，不能惯着编译器，我们修改代码：

fn longest<'a>(x: &'a str, y: &str) -> &'a str {if x.len() > y.len() {x} else {y}
}

我直接把y的’a标注删掉，看你怎么检查string2.

结果编译器也是倔强，反手来了个新错误：
explicit lifetime required in the type of y, lifetime 'a required
也就是说没有标注编译器就没办法检查悬垂引用，没办法检查就会直接报错。

那我继续改：

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

改成’b总可以了吧，还是不行：
lifetime may not live long enough, consider adding the following bound: 'b: 'a
'b: 'a表示’b生命周期大于’a。

那继续改：

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

结果依旧是报错：
string2 does not live long enough。

你会发现，

• 不标注y生命周期的时候，编译器因为无法检查悬垂引用而报错；
• 给y标注一个’b后，因为函数返回值是’a，编译器无法判断’b和’a的关系，也就无法检查悬垂引用；
• 标注’a: 'b或者’b: 'a都可以表示两者关系，但是我们只能选没有悬垂引用的那种；
• longest返回值是一个引用，它可能会引用y，所以这里只能是’b: 'a，如果你标注’a: 'b，说明你告诉编译器返回值获得比y久，那么编译器会相信你说的，就直接因为可能发生悬垂引用报错；
• 那你正好标注’b: 'a，但是编译器发现和事实不符，于是报错。

⚠️总结：

1. 你给编译器说什么，编译器就信什么，所以你不能乱说，要标注正确的生命周期，以及不同生命周期的关系。如果编译器从你的标注就感觉到了悬垂引用，就会报错；
2. 你标注了什么，不代表真实的生命周期就是什么，你的标注只是告诉编译器你希望的事实，如果实际情况不满足标注的约束，编译器就会报错。

简版：
你的标注若有悬垂引用，哪怕实际上没有，编译器也会报错；
你的标注若与事实不符，标注没有悬垂引用而实际有或者有风险发生，编译器报错。

所以是否报错要看：
标注是否正确+事实是否符合正确的标注约束