每日一R「02」所有权与 Move 语义

01-所有权原则

• c / c++ 中，堆内存的分配和释放，需要开发者自觉地去维护，使用 malloc / free 来显式地申请和释放堆内存。这样最大的问题就在于，对内存管理完全交由开发者自行维护，而人总是容易犯错的，极容易发生内存泄漏等问题。

• java 采用了与 c / c++ 不一样的方式来管理堆内存。当 new 关键字时，JVM 会帮助开发者在堆上分配空间。堆空间的回收 JVM 通过 GC 来完成。这样做虽然可以很大程度上确保内存安全，但 GC 需要消耗额外的资源，而且还存在 Stop the world 的问题。

• 一个值只能被一个变量所拥有，这个变量被称为所有者。

• 一个值同一时刻只能有一个所有者。

• 当所有者离开作用域，其拥有的值被丢弃。

• 栈内存。

• 栈中存储的是固定长度的类型值，例如i32 / u32 / u8 等。对于这块空间中的内容，它的所有权由某个变量拥有，这个变量称为这块内存的所有者（
  第一条
  ）。例如
  let x: u32 = 5;
  会在栈空间中分配 32 位长度的内存，并将这块内存的内容设置为 5。同样，
  let y: u8 = 1;
  会在栈空间中分配 8 位长度的内存，并将这块内存的内容设置为 1。

• 所有权第二条怎么理解呢？就是说栈空间中的某块内存（值）同一时刻只能被一个变量拥有。从代码上我们理解一下：
  let x: u32 = 10; let y = x;
  前面一句与上面一样，在栈空间中分配一块内存，并将这块内存的所有权给 x。第二句会在栈空间中分配同样 x 同样大小的空间并将 x 中的内容拷贝一份到这块空间（Copy 语义，会在后面的课程中学习到）。y 是这块新空间的所有者，与所有权原则第一条自洽。

• 变量的作用域指从变量声明开始，到变量所在代码块结束这段时间。当变量离开其作用域，变量拥有的内存空间被释放，这点也不难理解。

• 堆内存。

• 堆中存储的是长度可变的值，例如 Vec，String等。对于这块内存空间，变量是通过什么方式来体现所有权的呢？《Rust语言圣经》是这样描述的：

• String
  类型是一个复杂类型，由
  存储在栈中的堆指针
  、
  字符串长度
  、
  字符串容量
  共同组成，其中
  堆指针
  是最重要的，它指向了真实存储字符串内容的堆内存，容量是堆内存分配空间的大小，长度是目前已经使用的大小。

• 从上面的描述中我们可以了解到，对于堆中长度可变的值，Rust 通过栈上固定长度的“胖指针”实现了对堆上值的所有权。

• 从代码角度理解一下第二条，
  let s1 = String::from("hello"); let s2 = s1;
  前面一句代码，会再堆上分配一块空间存储”hello”，并在栈上分配一个胖指针，它存储有指向堆中空间的堆地址、字符串长度、字符串容量。第二句中，会在栈上创建一个胖指针，胖指针 s1 的内容（堆地址、长度、容量）会被拷贝到 s2 上，堆中的”hello”并不会被拷贝。第二句执行后，s1 便不再拥有堆中内容”hello”的所有权，任何通过 s1 访问堆中内容的尝试都会被 Rust 编译器拒绝。通过这种方式，Rust 可以保证堆中空间有且仅有一个变量引用，从而解决了堆中内存回收的问题。

• 注：可能会有人注意到，
  let s1 = s;
  与上面的
  let y = x;
  的语义不太一样呢？在 Rust 中，固定长度的类型，包括整型、字符型等，甚至数组[T; n]，都是固定长度的，它们存储在栈内存中；而非固定长度类型，例如 String、Vec等，都是存储在堆上的。对于前者，它们是实现了 Copy trait 的，而后者则没有。原因是，如果后者实现了，会违背有且仅有一个所有者的原则。

• 当胖指针变量离开了它的作用域，它指向的堆内存会被回收。这样 Rust 就不用像 Java 一样，还需要借助 GC 来回收堆内存；也避免了像 C/C++ 一样需要人为地回收内存，从而提高了安全性。

02-Move 语义