rust 生命周期（lifetime）解析

1. 回顾ownership和reference。
2. rust设计哲学
3. 生命周期解析
- 3.1. 先复杂化：引入生命周期
- 3.2. 简化生命周期的描述

在阅读这篇文章之前，如果我不知道什么是所有权（ownership），那么我会先去搜索相关知识或者阅读这篇笔记。

如果我之前学过所有权相关的知识，那么就不用去看了。

1. 回顾ownership和reference。

首先试图回顾一下关于所有权和引用的一些问题。所有权是指：一个指针在一个作用域内对一片内存空间的操作能力。rust规定了一片区域有且仅能有一个这样的指针，这个指针在编程语言里就是变量名。但是：有时我们不得不频繁访问一个变量，如果仅仅按照所有权规则，我们必须不停地将这个指针传播。为此，rust沿袭了引用的概念。一个变量的引用其实就是一个指针，这个指针指向了指向这个变量的指针，也就是这个指针指向了变量名。由此，我们就可以使用这个引用快速访问原有的数据，同时不会让变量名失去所有权。但与此同时也会存在一些新的问题。

关于一致性的问题：正如我们之前介绍的，对于mut的变量，如果其引用也是mut的，那么我们可以通过引用修改该变量的值。为了保持修改过程中没有问题，我们规定这种可写的引用只有一个。
第二个问题就是关于悬垂引用的问题。即如果我的这个变量被注销了——那么对应的数据也被清楚了。如果此时我的这个引用还活着，该引用就可以被用来访问内存区域。——这是完全有可能的。而针对这一类问题的检查，就引出了生命周期这个思路。

2. rust设计哲学

在介绍什么是生命周期之前，可能还需要简单介绍一下rust的设计哲学。我理解rust的设计哲学是：

将问题约束在编译时，而非运行时；
要求编程者更细粒度地表达其意图；
先复杂化，再简化；

现以生命周期为例，验证这些设计哲学。

3. 生命周期解析

3.1. 先复杂化：引入生命周期

我们先以一个返回两个字符串中最长的一个的函数，来引入生命周期的概念。首先给出一个无法编译的代码：

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

这个代码有什么问题？逻辑上当然是没有问题的。现在让我们试试用这个函数构造一个悬垂引用。

let s2="blabla";
let smax;
{
let s1=String::from("abcccccccccccc");
    smax=longest(s1.as_str(),s2);
}
println!("{}", smax);

如果没有lifetime，单纯靠所有权，是检查不出上述代码的问题的。同样地，在运行中，这段代码有时候也会执行正确（如果s2比s1长），但我们不能冒这个险——这就是rust的哲学。所以，既然存在风险，那么rust就会让这个函数不通过。————可是这样一个函数确实极其常见的，所以，rust强令我补充信息，所补充的信息就是各个变量的生命周期。

生命周期就是一个单引号形态的东西，跟定义类型一样，都是泛型的写法：

(泛型的文章请见：这里)

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

就像类型一般都是T一样，生命周期一般就用'a意思一下，具有相同的符号的变量，代表他们有相同的生命周期。

然后，编译器就会拿着这个生命周期去检查，看看使用这个函数的变量都满不满足这个生命周期的要求。当然，我们上面给的运行示例肯定是不满足这个生命周期的，所以编译器就会报错，这个错误就避免了。假如我这么用这个函数：

let s2="blabla";
let smax;
let s1=String::from("abcccccccccccc");
    smax=longest(s1.as_str(),s2);
println!("{}", smax);

就符合这个生命周期了，同时我们也可以发现，这段代码确实没有错。

一般而言，也就是根据我们的常识所能理解的：引用的存在周期肯定要在对应变量的存在周期内部，至少是其一个子集。我们提供的生命周期信息，就是为了检查这个东西。

下面给出一些变体：

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

struct ImportantExcerpt<'a> {
    part: &'a str,
}

3.2. 简化生命周期的描述

下面来试着简化生命周期的描述。如果一直写生命周期，就显得有些繁琐，因此rust也设计了简化生命周期描述的方式。主要包括三条规则：

单参数输入，输出与输入的生命周期相同——>不用写；
如果输入中包括&self或& mut self，即一个方法，那么输出参数的生命周期与self一致；——>省写
多参数输入，默认每一个参数的生命周期都不一样–>最坏情况。

举个例子，第一种情况：

fn first_word(s: &str) -> &str {}
//等价于
fn first_word<'a>(s: &'a str) -> &'a str {}

第二种情况：

#![allow(unused)]
fn main() {
struct ImportantExcerpt<'a> {
    part: &'a str,
}

impl<'a> ImportantExcerpt<'a> {
    fn announce_and_return_part(&self, announcement: &str) -> &str {
        println!("Attention please: {}", announcement);
        self.part
    }
}
}

第三种情况：

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

关于lifetime的内容就是这些，一些static等虾米就不整理了。