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面试题:Rust静态值编译时优化之基础应用

在Rust中,如何通过`const`关键字定义一个静态值,并说明在编译时优化中,`const`定义的静态值与`static`定义的静态变量有何不同?
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编程语言Rust

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面试题答案

一键面试
  1. 通过const关键字定义静态值: 在Rust中,使用const关键字定义静态值的语法如下:

    const MY_CONST: i32 = 42;
    

    这里定义了一个名为MY_CONSTconst值,类型为i32,值为42。const值的类型必须在编译时已知,并且其值必须是常量表达式。

  2. const定义的静态值与static定义的静态变量在编译时优化中的不同

    • 内存分配
      • constconst值在编译时会被内联到使用它的地方。它们不会在运行时占用额外的内存,因为编译器在编译阶段就将其值直接替换到使用处。例如:
        const MY_CONST: i32 = 42;
        fn main() {
            let x = MY_CONST;
            // 编译时,MY_CONST的值42直接被替换到x的初始化处,不会为MY_CONST单独分配内存
        }
        
      • staticstatic变量在程序的整个生命周期内都存在,它们有自己固定的内存地址。static变量在程序启动时被分配内存,并且在程序结束时才释放。例如:
        static MY_STATIC: i32 = 42;
        fn main() {
            let x = &MY_STATIC;
            // MY_STATIC有自己独立的内存地址,x是指向这个地址的引用
        }
        
    • 可变性
      • constconst值是绝对不可变的。一旦定义,其值在任何情况下都不能改变。这是因为它在编译时就被确定并内联到代码中。
      • static:虽然static变量默认是不可变的,但可以通过mut关键字使其可变。不过,可变的static变量在多线程环境下使用需要特别小心,因为它们需要使用SyncSend等线程安全相关的特性来确保线程安全。例如:
        static mut MY_MUTABLE_STATIC: i32 = 0;
        fn main() {
            unsafe {
                MY_MUTABLE_STATIC = 42;
            }
        }
        
    • 类型限制
      • constconst值的类型必须是Copy类型,并且必须在编译时完全确定。这意味着它们不能包含动态大小类型(DST),例如str(必须使用&'static str)。
      • staticstatic变量可以具有任何类型,包括动态大小类型。例如,可以定义static MY_STR: &'static str = "Hello, world!"; ,这里&'static str是一种动态大小类型,但可以用于static变量。