面试题：Rust中引用和可变引用的规则及应用场景

Question

请阐述Rust中引用和可变引用的主要规则，并且分别举例说明在何种场景下适合使用引用，何种场景下适合使用可变引用。

Answer 1

Rust中引用和可变引用的主要规则

1. 引用规则：
   • 同一时间可以有多个不可变引用。这允许在不修改数据的情况下，从多个地方安全地访问数据。
   • 不可变引用和可变引用不能同时存在。这是为了确保在访问数据时不会出现数据竞争问题，因为可变引用意味着可能会修改数据，如果同时存在不可变引用，就可能导致数据不一致。
2. 可变引用规则：
   • 同一时间只能有一个可变引用。这保证了在任何时刻，只有一个地方可以修改数据，从而避免数据竞争。
   • 可变引用存在时，不能有不可变引用。同样是为了防止数据竞争，因为不可变引用可能在数据被修改时导致未定义行为。

适合使用引用的场景举例

1. 场景：读取数据并进行计算。例如，计算一个数组中所有元素的总和。

fn sum_array(arr: &[i32]) -> i32 {
    let mut sum = 0;
    for num in arr {
        sum += num;
    }
    sum
}
fn main() {
    let numbers = [1, 2, 3, 4, 5];
    let result = sum_array(&numbers);
    println!("The sum is: {}", result);
}

在这个场景中，函数 sum_array 只需要读取数组的数据，不需要修改它，所以使用不可变引用 &[i32] 来传递数组。这样可以在不获取所有权的情况下安全地访问数据，并且多个函数可以同时使用这个不可变引用读取数据。

适合使用可变引用的场景举例

1. 场景：修改数组中的元素值。例如，将数组中的所有元素乘以2。

fn multiply_by_two(arr: &mut [i32]) {
    for num in arr.iter_mut() {
        *num *= 2;
    }
}
fn main() {
    let mut numbers = [1, 2, 3, 4, 5];
    multiply_by_two(&mut numbers);
    println!("The new array is: {:?}", numbers);
}

在这个场景中，函数 multiply_by_two 需要修改数组中的元素，所以使用可变引用 &mut [i32] 来传递数组。由于同一时间只能有一个可变引用，这样可以确保在修改数组时不会有其他地方同时访问或修改数组，从而避免数据竞争。