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Rust 所有權 ( Ownership )

Ownership 討論的是 Rust 語言下的記憶體管理。
通常一個變數 (Variable) 後方會有一個參照 (Reference)，
參照下會包含 pointer、length 與 capacity 等資訊。
而 pointer 則指向一個記憶體區塊。

Rust 這邊底層的概念是，一個記憶體區塊僅允許一個變數擁有，更精確地說應該是一個參照所擁有。
所以當一個變數將參照給別人(指派，函數呼叫)時，本身便成為一個無效的變數。
這邊衍伸下來會會探討，Reference 的借用 (&)，也就是變數暫時使用另一變數的參照。

另外一個重點是變數作用域，也就是變數後方的記憶體何時會被清掉(歸還)，或是被其他變數搶走所有權。

這篇主要是探討記憶體的所有權。

垃圾回收機制（garbage collector, GC）​

"當記憶體在擁有它的變數離開作用域時就會自動釋放。"
Rust 中當變數離開 scope，自動釋放記憶體(自動呼叫 drop function)，所以無需自行處理。
須注意的是記憶體的所有權被何者所把持。 這會影響到記憶體釋放的時機。
另外擁有者才有機會對資料進行修改。

heap and stack​

註: Rust tw 翻譯: heap 堆積，stack 堆疊

heap: 可以想成是 Java primitive type 的記憶體管理。 ex: long v = 100L;
stack: 可以想成是 Java primitive type 的 wrapper 記憶體管理。 ex: Long v = new Long(100);

關於所有權 Ownership (物件型別, stack 記憶體管理)​

  • 注意這邊討論的不包含 : primitive type

    這邊在說的與一般 強型別語言 記憶體管理類似。
    且 Rust 不允許無效變數存在。
    意即一個 pointer 只有一個變數能擁有(但是能借用)。

    相同資料(意義上相同)，需用 clone 進行記憶體複製。或是 trait copy (ch10)

Ownership Example

    let s1 = String::from("hello"); // 物件的 String
    let s2 = s1; // s1的參照移轉給 s2

    println!("{}, world!", s1);  // 錯誤發生。 s1 已喪失 pointer，無法取得記憶體內容。

與一般強型別語言比較​

相同處

  1. 變數有作用域限制存活範圍，變數離開 scope， 自動釋放記憶體(自動呼叫 drop function)

差異處: 記憶體回收機制，與記憶體分配方式。

  1. 變數的 pointer 可以被搬移給其他新變數。
    (* 註: 這邊稱作搬移 move，而非 copy。因為舊變數會失去 pointer，變成無效的變數)
  2. 舊變數 pointer 被 複製後，會馬上被 drop。亦即舊變數失效。
    (* 避免同一塊記憶體 被釋放多次)

(物件)變數拷貝​

terms:

  • 淺拷貝（shallow copy）: 只拷貝 reference 中指標、長度和容量而沒有拷貝實際內容
  • 深拷貝（deep copy）

Rust way:

  • Rust move: 淺拷貝（shallow copy）+ 移除舊變數 pointer
  • Rust clone()
    • todo: 確認是否所有原生 sdk 型別都有此 fun, ref ch5
    • clone : copy stack 上的 pointer，and copy heap 上的 真實資料

#Copy and Trait copy

(primitive type)變數拷貝​

  • Rust 因為 資料與 pointer 都在 stack 上，可以直接複製使用。
  • Primitive type: 因為有實作 Copy 特徵，當變數在賦值給其他變數後仍然會是有效的。
  • ex: u32, bool , f64, char 等
    tuple (前提是 elements 也必須實作 trait copy )

Trait Copy (特徵拷貝標記)​

  • 如果一個型別有 Copy 特徵的話，一個變數在賦值給其他變數後仍然會是有效的。
  • 當型別有實作（implement）Drop 特徵的話，Rust 不會允許我們讓此型別擁有 Copy 特徵。

(物件) pointer 所有權與函式:

注意: 函數情境同變數 pointer 移交
與前面 (物件)變數拷貝 時相似，當一個物件變數把 pointer 傳遞(move to)新變數時，舊變數失去 pointer 因而失效。
在函數情境中，(物件)變數 move pointer 給函數時。函數接收了 pointer，所以舊變數失效。

還好開發時 IDE 會提醒你

變數pointer 移交給函式 範例

fn main(){
let greeting = String::from("Hello Totem");
    myprint(greeting); // pointer 移交，為使用 & 關鍵字 
    // println!("message {greety}"); # greeting 是 String，pointer 在傳遞給 myprint() 時已失效
}

fn myprint(message: String){
    println!("{}", message);
}

function 回傳值與作用域

pointer 移交同樣會發生在，函數將結果回傳時。

NoteMessage

fn main() {
    let s1 = gives_ownership();         // gives_ownership 移動它的回傳值給 s1

    let s2 = String::from("哈囉");     // s2 進入作用域

    let s3 = takes_and_gives_back(s2);  // s2 移入 takes_and_gives_back
                                        // 該函式又將其回傳值移到 s3
} // s3 在此離開作用域並釋放
  // s2 已被移走，所以沒有任何動作發生
  // s1 離開作用域並釋放

fn gives_ownership() -> String {             // gives_ownership 會將他的回傳值
                                             // 移動給呼叫它的函式

    let some_string = String::from("你的字串"); // some_string 進入作用域

    some_string                              // 回傳 some_string 並移動給
                                             // 呼叫它的函式
}

// 此函式會取得一個 String 然後回傳它
fn takes_and_gives_back(a_string: String) -> String { // a_string 進入作用域

    a_string  // 回傳 a_string 並移動給呼叫的函式
}

References and Borrowing