昨天学习了Rust的所有权规则，Rust的所有权和生命周期是Rust同其他编程语言的主要区别所在。Rust的所有权规则有以下3条:

Rust中的每个值都有一个所有者
一个值在同一时刻只能有一个所有者
当所有者离开作用域时，其拥有的值将被丢弃

在Rust中一个值在同一时刻只能有一个所有者，因为如果允许共享所有权，就会带来使用和释放上的问题，就只能选择其他编程语言管理内存的方式。那么什么情况下会发生所有权不唯一的问题呢？有以下三种情况:

一个变量赋给另一个变量
变量作为参数传递给另一个函数调用
返回值从函数返回

以上三种情况，其实都可以理解为一个变量赋给另一个变量。那么在这些情况下，Rust是如何保证单一所有权的呢？Rust主要使用了Copy和Move这两个语义来保证单一所有权。

Move语义

在学习Copy和Move这两个语义之前，还是先看一下昨天学习Rust所有权规则时的示例代码:

fn main() {
    let word = String::from("hello");
    let ch = 'e';
    if let Some(i) = find(word, ch) {
        println!("i = {}", i)
    }
}

fn find(s: String, c: char) -> Option<usize> {
    s.find(c)
}

我们昨天学习了String类型在编译时无法确定占用内存大小且在运行时其大小可能会发生变化，所以其被分配到了堆上。胖指针word中保存了堆内存中数据的地址，即word引用堆内存上的数据。当执行到第4行，调用find函数时，传参时word胖指针中的地址等值被移动到了find函数中的s中，main函数中的word变量将会失效，Rust的编译器保证在随后的代码中无法再使用word变量，这个程序进程的内存布局示意图如下:

这里word到s传参赋值就是Move的语义，即word被移动到了s中，这样就保证了堆内存中的数据在同一时刻只有一个所有者。此时，细心的你会在这个图上发现，为什么上图中ch到c的传参赋值不是Move的语义呢，为什么在随后的代码中变量ch没有失效呢？反过来想，如果ch到c传参也是Move的语义的话，那代码就会变的很复杂，因为ch的数据是存储在栈上的简单数据(char类型)，显然在这里不希望发生所有权的转移，基于这一点Rust又提供了Copy的语义。

Copy语义

Rust中提供了一个std::marker::Copy trait。如果一个类型实现了这个Copy trait，那么这个类型的变量赋给这个类型的其他变量时，就会使用Copy语义。Copy语义指的是在赋值、传参或函数返回时，值会自动按位拷贝(浅拷贝)。示例代码中的ch变量的char类型就实现了Copy trait，因此ch到c的传参时自动按位浅拷贝，从内存示意图也可以看栈内存中参数c的数据拷贝自变量ch的数据，这样新旧数据的所有者还是原来的变量，没有发生所有权转移。

那么还有哪些类型实现了Copy trait呢?可以从Copy trait的文档https://doc.rust-lang.org/std/marker/trait.Copy.html#implementors找到答案。整理归纳如下:

所有的整形类型，例如i32
布尔类型bool
所有的浮点类型，例如f64
字符类型char
元组，当且仅当其包含的类型也都实现了Copy trait，例如(i32, i32)实现了Copy，但(i32, String)就没有
数组，当且仅当其内部元素类型实现了Copy trait
……

Drop trait

学习了Move和Copy的语义之后，再来看一下所有权规则中的当所有者离开作用域时，其拥有的值将被丢弃，进一步理解这句话。

对于分配在栈内存上的数据，当其所有者变量离开作用域时，栈内存上的数据也就不存在了(出栈)。
对于分配在堆内存上的数据，当其所有者变量离开作用域时，Rust会自动调用drop函数清理变量的堆内存。这个drop函数是哪里来的呢？这就引出了std::ops::Droptrait。

实现Drop trait的类型要实现一个drop函数，当其所有者变量离开作用域时就会自动调用该方法。例如std::vec::Vec就实现了Drop trait:

#[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
unsafe impl<#[may_dangle] T, A: Allocator> Drop for Vec<T, A> {
    fn drop(&mut self) {
        unsafe {
            // use drop for [T]
            // use a raw slice to refer to the elements of the vector as weakest necessary type;
            // could avoid questions of validity in certain cases
            ptr::drop_in_place(ptr::slice_from_raw_parts_mut(self.as_mut_ptr(), self.len))
        }
        // RawVec handles deallocation
    }
}

Rust不允许自身或其任何部分实现了Drop trait的类型使用Copy trait。如果我们对其值离开作用域时需要特殊处理的类型使用Copy trait，将会出现一个编译时错误。例如下面的代码就会出现编译错误：

#[derive(Copy,Clone)]
struct User {
    name: String // compile error
}

这段代码定义了一个struct，但因为字段的name是String，String内部实现是Vec<u8>类型，Vec实现了Drop trait，此时对User类型使用Copy trait的话就会编译报错。

总结

本节我们在Rust所有权规则的基础上，进一步学习了Move语义和Copy语义:

Move语义: 变量赋值、传参、函数返回可能(未实现Copy trait的类型)会导致Move，发生所有权转移。所有权转移后之前的变量将失效，之后将无法使用。
Copy语义: 如果类型实现了Copy trait，那么赋值、传参、函数返回就会使用Copy语义，对应的值会被按位拷贝(浅拷贝)，产生新的值。
Rust不允许自身或其任何部分实现了Drop trait的类型使用Copy trait。

参考

https://kaisery.github.io/trpl-zh-cn/ch04-01-what-is-ownership.html
https://doc.rust-lang.org/std/marker/trait.Copy.html
https://doc.rust-lang.org/std/ops/trait.Drop.html

四时宝库

程序员的知识宝库

rust语言基础学习:rust所有权之Move和Copy语义

Move语义

Copy语义

Drop trait

总结

参考