面试题：Rust共享所有权机制中引用的规则及应用场景

Question

请阐述Rust中共享所有权机制下引用的三条核心规则，并举例说明在实际编程中，如何利用引用在保证内存安全的前提下，实现多个变量对同一数据的访问。

Answer 1

Rust中共享所有权机制下引用的三条核心规则

1. 在任何给定时间，要么只能有一个可变引用，要么可以有多个不可变引用：这确保了数据不会同时被多个地方修改，避免数据竞争。例如，如果有多个不可变引用，它们都只能读取数据，不会互相干扰；而可变引用则独占对数据的修改权。
2. 引用必须总是有效的：在Rust中，不能创建悬空引用，即引用不会指向无效的内存位置。当引用所指向的数据被释放时，引用也不能再被使用。
3. 不可变引用和可变引用不能同时存在：这防止了在有不可变引用读取数据时，可变引用对数据进行修改，从而破坏数据的一致性。

实际编程示例

fn main() {
    let s = String::from("hello");

    // 多个不可变引用
    let r1 = &s;
    let r2 = &s;
    println!("{} and {}", r1, r2);

    // 尝试创建可变引用时，如果此时有不可变引用存在则会报错
    // let mut r3 = &mut s; // 此行会报错，因为r1和r2仍然有效

    {
        // 创建一个新的作用域
        let mut r3 = &mut s;
        r3.push_str(", world");
        println!("{}", r3);
    }
    // r3离开作用域，现在可以再次创建不可变引用
    let r4 = &s;
    println!("{}", r4);
}

在上述代码中，首先创建了两个不可变引用 r1 和 r2 来访问字符串 s。然后尝试创建可变引用 r3 时会报错，因为此时不可变引用 r1 和 r2 仍然有效。通过创建新的作用域，在其中创建可变引用 r3，对字符串进行修改，修改完成后 r3 离开作用域，又可以创建新的不可变引用 r4 来访问修改后的字符串。这样就利用引用在保证内存安全的前提下，实现了多个变量对同一数据的访问。