面试题：Rust结构体移动语义与函数调用

Question

编写一个Rust函数，该函数接收一个结构体作为参数，函数内部对结构体进行一些操作，然后返回这个结构体。解释在函数调用前后结构体的移动语义是如何工作的，并说明如果要避免移动，有哪些方法可以实现。```ruststruct Data { value: Vec<i32>}// 在这里编写函数```

Answer 1

struct Data {
    value: Vec<i32>
}

fn process_data(mut data: Data) -> Data {
    // 对结构体进行一些操作，例如修改value
    data.value.push(42);
    data
}

移动语义解释

1. 函数调用前：
   • 当定义 Data 结构体实例时，例如 let my_data = Data { value: vec![1, 2, 3] };，my_data 拥有 value 这个 Vec<i32> 的所有权。
   • Vec<i32> 是一个堆分配类型，它在栈上有一个胖指针（包含指向堆内存的指针、长度和容量）。
2. 函数调用时：
   • 当调用 process_data(my_data) 时，my_data 的所有权被移动到 process_data 函数的参数 data 中。这意味着 my_data 不再有效，不能再被使用。在 Rust 中，移动操作通常是廉价的，因为它只是转移了所有权，而不是复制数据。
3. 函数返回后：
   • 函数 process_data 返回修改后的 data。调用者接收返回值并获得其所有权。例如 let new_data = process_data(my_data);，new_data 现在拥有修改后的 Vec<i32> 的所有权。

避免移动的方法

1. 使用引用：
   • 可以将函数参数改为引用，这样所有权不会被移动。

   struct Data {
       value: Vec<i32>
   }
   
   fn process_data_ref(data: &mut Data) {
       data.value.push(42);
   }
   

   • 调用方式：

   let mut my_data = Data { value: vec![1, 2, 3] };
   process_data_ref(&mut my_data);
   

   • 这里 process_data_ref 函数接收 Data 结构体的可变引用，函数内部可以修改 Data 的内容，但所有权仍然在调用者手中。
2. 克隆数据：
   • 如果 Data 结构体实现了 Clone 特质，可以在函数调用前克隆数据，这样原始数据的所有权不变。

   struct Data {
       value: Vec<i32>
   }
   impl Clone for Data {
       fn clone(&self) -> Data {
           Data {
               value: self.value.clone()
           }
       }
   }
   
   fn process_data_clone(data: Data) -> Data {
       data.value.push(42);
       data
   }
   

   • 调用方式：

   let my_data = Data { value: vec![1, 2, 3] };
   let new_data = process_data_clone(my_data.clone());
   

   • 这种方式会产生额外的开销，因为 clone 方法会复制 Data 结构体及其内部的 Vec<i32> 数据。