面试题：Rust中借用规则如何确保内存安全

Question

请详细阐述Rust借用规则的具体内容，以及这些规则是怎样保证内存安全的。并通过一个简单的代码示例，说明在违反借用规则时会出现什么编译错误。

Answer 1

Rust借用规则具体内容

1. 同一时间，一个值要么只能有一个可变引用，要么可以有多个不可变引用：
   • 可变引用允许对数据进行修改，为了避免数据竞争（多个引用同时修改数据导致未定义行为），同一时刻只能存在一个可变引用。
   • 不可变引用允许多个同时存在，因为它们只读数据，不会产生数据竞争。
2. 引用的生命周期必须小于或等于被借用值的生命周期：
   • 引用指向的值在引用有效的期间必须一直存在，否则会出现悬垂引用（引用指向已释放的内存），导致内存安全问题。

如何保证内存安全

1. 防止数据竞争：通过限制同一时间只有一个可变引用，确保不会有多个部分同时修改同一块数据，从而避免数据竞争这种未定义行为，保证内存安全。
2. 防止悬垂引用：要求引用的生命周期短于或等于被借用值的生命周期，使得引用始终指向有效的内存，避免了引用到已释放内存的情况。

代码示例及违反规则的编译错误

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

    let r1 = &s; // 不可变引用r1
    let r2 = &s; // 另一个不可变引用r2，符合规则

    // 下面这行代码会报错，因为同一时间存在可变引用时不能有不可变引用
    // let r3 = &mut s; 

    println!("{} and {}", r1, r2);

    // 下面这行代码也会报错，因为可变引用不能与不可变引用同时存在
    // let r4 = &mut s; 
}

编译错误示例（针对尝试同时创建可变引用和不可变引用的情况）：

error[E0502]: cannot borrow `s` as mutable because it is also borrowed as immutable
 --> src/main.rs:7:13
  |
5 |     let r1 = &s;
  |              -- immutable borrow occurs here
6 |     let r2 = &s;
  |              -- immutable borrow occurs here
7 |     let r3 = &mut s;
  |             ^^^^^^ mutable borrow occurs here
8 | 
9 |     println!("{} and {}", r1, r2);
  |                        -- immutable borrow later used here

这个错误信息表明不能对 s 进行可变借用，因为它已经被不可变借用了，违反了同一时间只能有一个可变引用或多个不可变引用的规则。