Rust 的生命周期

Posted 2023-02-19

【中文标题】Rust 的生命周期

【英文标题】：Lifetimes in Rust

【发布时间】：2013-07-03 15:57:39

【问题描述】：

有时我发现自己想编写可以通过以下两种方式之一调用的函数：

// With a string literal:
let lines = read_file_lines("data.txt");

// With a string pointer:
let file_name = ~"data.txt";
let lines = read_file_lines(file_name);

我的第一个猜测是使用借用的指针 (&str) 作为参数类型，但是当它不起作用时（它只允许我使用 @str 和 ~str），我尝试了以下（通过复制 Rust 库），这确实有效。

fn read_file_lines<'a>(path: &'a str) -> ~[~str] 
    let read_result = file_reader(~Path(path));
    match read_result 
        Ok(file) => file.read_lines(),
        Err(e) => fail!(fmt!("Error reading file: %?", e))
    

问题是我不明白我在做什么。根据我所能收集到的信息（主要来自编译器错误），我声明了一个没有限制的生命周期，并使用它来描述路径参数（意味着任何生命周期都可以作为参数传递）。

所以：

我的理解是否准确？ 什么是一生？我在哪里可以了解更多关于它们的信息？ 上例中&str类型的参数和&'a str类型的参数有什么区别？ 当我在做的时候，'self 是什么？

（我使用的是 Rust 0.7，如果它对答案有影响的话）

【问题讨论】：

我对生命周期没有足够的信心来回答你的问题。不过，我可以告诉你"data.txt"的类型是&'static str，这是一个静态分配的字符串。

【参考方案1】：

2015-05-16 更新：原始问题中的代码适用于旧版本的 Rust，但概念保持不变。此答案已更新为使用现代 Rust 语法/库。 （基本上将~[] 更改为Vec 和~str 更改为String 并在最后调整代码示例。）

我的理解是否隐约准确？ [...] 上例中 &str 类型的参数和 &'a str 类型的参数有什么区别？

是的，这样的一生基本上是在说“没有限制”。生命周期是将输出值与输入连接起来的一种方式，即fn foo<'a, T>(t: &'a T) -> &'a T 表示foo 返回一个与t 具有相同生命周期的指针，即它指向的数据在与t（嗯，严格来说，至少只要）。这基本上意味着返回值指向t 指向的内存的某个子部分。

所以，像fn<'a>(path: &'a str) -> Vec<String> 这样的函数与编写 let x = 1; return 2; 非常相似......它是一个未使用的变量。

Rust 在编写&str 时分配默认生命周期，这与编写未使用变量生命周期完全相同。即fn(path: &str) -> Vec<String> 与'as 的版本没有什么不同。唯一离开生命周期与包含生命周期不同的是，如果您需要强制执行全局指针（即特殊的 'static 生命周期），或者如果您想返回一个引用（例如 -> &str），这只有在以下情况下才有可能返回值有一个生命周期（这必须是一个或多个输入的生命周期，或者'static）。

什么是一生？我在哪里可以了解更多关于它们的信息？

生命周期是指针指向的数据保证存在多长时间，例如全局变量保证“永远”持续（所以它有特殊的生命周期'static）。查看它们的一种巧妙方法是：生命周期将数据连接到其所有者所在的堆栈帧；一旦该堆栈帧退出，所有者就会超出范围，并且任何指向/指向该值/数据结构的指针都不再有效，并且生命周期是编译器对此进行推理的一种方式。 （使用堆栈框架视图，就好像@ 有一个与当前任务关联的特殊堆栈框架，而statics 有一个“全局”堆栈框架。

还有一个 lifetimes chapter of the book 和 this gist（注意，代码现在已经过时，但概念仍然正确）是一个简洁的小演示，展示了如何使用生命周期来避免复制/分配（使用强大的安全保证：没有悬空指针的可能性。

当我在这里时，'self 是什么？

字面上没有什么特别的，只是某些地方需要类型有生命周期（例如在结构/枚举定义和impls 中），目前'self 和'static 是唯一被接受的名称。 'static 用于全局始终有效的指针，'self 用于可以有任何生命周期的东西。这是一个错误，将（非static）生命周期称为self 以外的任何内容都是错误的。

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总而言之，我会这样写函数：

use std::fs::File;
use std::io::prelude::*;
use std::io::BufReader;
use std::path::Path;

fn read_file_lines(path: &Path) -> Vec<String> 
    match File::open(path) 
        Ok(file) => 
            let read = BufReader::new(file);
            read.lines().map(|x| x.unwrap()).collect()
        
        Err(e) => panic!("Error reading file: ", e)
    


fn main() 
   let lines = read_file_lines(Path::new("foo/bar.txt"));
   // do things with lines

【讨论】：

谢谢！看起来您在我的示例中指定生命周期是多余的是正确的。我想我需要 0.6 才能使用 'static strs 的方法，但升级到 0.7 后没有重新测试。

只需阅读本教程：它（连同您的解释）很有帮助。再次感谢。我还有一堆impl<'self> MyExtraFunction for &'self str（要做"hello".my_extra_function()），但看起来我仍然需要这些。

@Daniel，没问题 :) （是的，impls 是借来的指针需要有生命周期的地方之一，即你现在不能写 impl MyExtraFunction for &str。）

（另外，join us on IRC，如果你还没有；通常有几个人愿意提供帮助。）

@nalzok：从某种意义上说，您是对的，但这相当微妙。返回的引用所指向的实际值必须至少与t 一样长：如果该值的持续时间较短，则该引用可能在t 之前失效，这会很糟糕。但是，编译器必须假设最短/最坏的情况（返回值与t 一样有效），所以当t 超出范围时，编译器不允许使用返回值是对的。