面试题：Rust中所有权原则如何保障内存安全

Question

请阐述Rust所有权原则的主要内容，并举例说明它是怎样在实际代码中防止内存泄漏和悬空指针问题的。

Answer 1

Rust所有权原则主要内容

1. 所有权的定义：每个值在Rust中都有一个变量，称为该值的所有者。当所有者离开其作用域时，这个值将被丢弃。
2. 唯一性：在任何时刻，一个值只能有一个所有者。这确保了对内存的独占访问，避免数据竞争。
3. 借用：可以在不转移所有权的情况下使用值，即借用。借用分为可变借用（&mut）和不可变借用（&）。不可变借用可以有多个，但可变借用同一时间只能有一个，这保证了在修改数据时没有其他引用在使用它。
4. 生命周期：每个引用都有一个生命周期，它表示引用保持有效的作用域。生命周期规则确保引用不会指向无效的数据。

防止内存泄漏和悬空指针示例

fn main() {
    // 定义一个字符串变量s，s是该字符串的所有者
    let s = String::from("hello"); 

    // 将s的所有权转移给s2，此时s不再是所有者，不能再使用s
    let s2 = s; 

    // 这里如果使用s会报错，因为s的所有权已经转移
    // println!("{}", s); 

    // 函数调用，将s2的所有权转移到函数中
    take_ownership(s2); 

    // 这里如果使用s2会报错，因为所有权已经转移到take_ownership函数
    // println!("{}", s2); 
}

fn take_ownership(some_string: String) {
    // some_string在函数结束时离开作用域，字符串占用的内存被释放
    println!("{}", some_string); 
}

// 借用示例
fn borrow_string(some_string: &String) {
    println!("{}", some_string); 
}

fn main() {
    let s = String::from("world");
    // 借用s，不会转移所有权
    borrow_string(&s); 
    // 这里仍然可以使用s，因为所有权没有转移
    println!("{}", s); 
}

在上述代码中，take_ownership 函数通过获取字符串的所有权，在函数结束时字符串被自动释放，防止了内存泄漏。在借用示例中，borrow_string 函数通过借用字符串，在函数结束后字符串的所有者（s）仍可正常使用，并且借用规则保证了在借用期间不会出现悬空指针，因为如果在借用期间所有者被释放，编译器会报错。