Кратко о владении и заимствовании в Rust

Что это такое

Книга Rust формулирует три правила: у каждого значения есть владелец, в любой момент владелец может быть только один, а при выходе владельца из области видимости значение уничтожается. Присваивание или передача значения, владеющего памятью в куче, например String, перемещает его; последующее использование старой привязки — ошибка компиляции, а не неожиданность во время выполнения. Типы, целиком размещаемые в стеке — целые числа, bool, char и кортежи из них, — реализуют Copy и вместо перемещения копируются; .clone() явно создаёт глубокую копию. Ссылка (&T или &mut T) заимствует значение, не забирая владение. Книга даёт два правила для ссылок: в каждый момент либо одна изменяемая ссылка, либо любое число неизменяемых, и ссылки всегда должны быть действительными. Проверка заимствований компилятора отклоняет ссылку, которая пережила бы своё значение, то есть висячую ссылку, и изменение при живой разделяемой ссылке. Книга противопоставляет это языкам со сборщиком мусора, который отслеживает больше не используемую память.

Почему это важно

В Python или JavaScript все объекты совместно используются по ссылке и освобождаются сборщиком; несколько ссылок на один объект и его изменение — норма, а иногда источник ошибки. Правила Rust превращают этот класс ошибок, вместе с инвалидированием итераторов и гонками данных, в ошибки компиляции. Цена в том, что ранее свободно используемые схемы — две структуры, хранящие один объект, или метод, возвращающий ссылку внутрь временного значения, — требуют осознанного решения.

Как применять

• По умолчанию передавайте ссылки: &T для чтения и &mut T для изменения на месте; передавайте владение только тогда, когда вызываемой функции нужно сохранить значение.
• Из конструкторов и парсеров возвращайте значения с владением; ссылки возвращайте только тогда, когда результат заимствует из аргумента, и позволяйте компилятору запросить аннотацию времени жизни, если он не может вывести эту связь.
• Используйте Rc<T> в одном потоке или Arc<T> для совместного использования между потоками, когда действительно нужны несколько владельцев, и RefCell или Mutex, когда общие данные также нужно изменять.
• Если проверка жалуется, сначала измените структуру кода: сократите заимствование, клонируйте небольшое значение, разделите структуру на независимо заимствуемые части. Лишь затем рассматривайте unsafe.

Подводные камни

Удержание & на элемент Vec при добавлении в него элементов. Обход коллекции по значению (for x in v) перемещает её; обходите &v, чтобы сохранить коллекцию. Хранение ссылок в структуре делает её обобщённой по времени жизни. Вызов clone() на больших данных ради подавления ошибки проверки скрывает проблему проектирования вместо её решения.