面试题：Rust引用标记的基本设计原则及应用

Question

请简述Rust引用标记的主要设计原则，并举例说明在一个简单函数中如何遵循这些原则来避免悬垂引用的问题。

Answer 1

Rust引用标记的主要设计原则

1. 所有权规则：
   • 每个值都有一个变量作为其所有者。
   • 同一时间内，一个值只能有一个所有者。
   • 当所有者离开作用域时，该值将被丢弃。
2. 借用规则：
   • 同一时间内，要么只能有一个可变引用（&mut），要么可以有多个不可变引用（&），但不能同时存在可变和不可变引用。这是为了避免数据竞争，因为可变引用意味着对数据的写操作，而多个写操作或读写操作同时进行可能导致未定义行为。
   • 引用必须总是有效的，不能引用已经被释放的内存，即避免悬垂引用。

避免悬垂引用的示例

fn main() {
    let s1 = String::from("hello");
    let result = calculate_length(&s1);
    println!("The length of '{}' is {}", s1, result);
}

fn calculate_length(s: &str) -> usize {
    s.len()
}

在这个例子中，calculate_length函数接受一个对String类型数据的不可变引用&str。这里遵循了引用的设计原则：

• 没有创建对String数据的所有权转移，s1在main函数中保持所有权。
• 通过不可变引用传递数据给calculate_length函数，避免了对String数据的意外修改。同时，由于calculate_length函数中没有改变&str引用的生命周期，s1在函数调用结束后仍然有效，没有产生悬垂引用。如果在函数calculate_length中尝试延长引用的生命周期并返回该引用，例如：

// 以下代码会报错
fn incorrect_calculate_length(s: &str) -> &str {
    let new_s = s.to_string();
    &new_s // new_s在函数结束时会被丢弃，返回的引用将是悬垂引用
}

这段代码会报错，因为new_s是在函数内部创建的局部变量，当函数结束时new_s被丢弃，返回的引用就成了悬垂引用，违反了Rust引用必须总是有效的原则。