Rust入坑指南：朝生暮死

今天想和你们一块儿把咱们以前挖的坑再刨深一些。在Java中，一个对象能存活多久全靠JVM来决定，程序员并不须要去关心对象的生命周期，可是在Rust中就大不相同，一个对象从生到死咱们都须要掌握的很清楚。

在Rust入坑指南：核心概念一文中咱们介绍了Rust的几个核心概念：全部权（Ownership）、全部权转移和全部权借用。今天就来介绍Rust中的另一个核心概念：生命周期。

为何生命周期要单独介绍呢？由于我在这以前一直没搞清楚Rust中的生命周期参数到底是怎么一回事。

如今我终于弄明白了，因而火烧眉毛要和你们分享，固然若是我有什么说的不对的地方请帮忙指正。

在Rust中，值的生命周期与做用域有关，这里你能够结合全部权一块儿理解。在一个函数内，Rust中值的全部权的范围即为其生命周期。Rust经过借用检查器对值的生命周期进行检查，其目的是为了不出现悬垂指针。这点很容易理解，咱们经过一段简单的代码来看一下。

fn main() {
    let a;  // 'a ---------------+
    {                   //       |
        let b = 1; // 'b ----+   |
        a = &b;           // |   |
    }// ---------------------+   |
    println!("a: {}", a); //     |
} // ----------------------------+

在上面这段代码中，我已经标注了a和b的生命周期。在代码的第5行，b将全部权出借给了a，而在第7行咱们想使用a时，b的生命周期已经结束，也就是说，从第7行开始，a成为了一个悬垂指针。所以这段代码会报一个编译错误。

而当全部权在函数之间传递时，Rust的借用检查器就没有办法来肯定值的生命周期了。这个时候咱们就须要借助生命周期参数来帮助Rust的借用检查器来进行生命周期的检查。生命周期参数分为显式的和隐式的两种。

显式生命周期参数

显式生命周期的标注方式一般是'a这样的。它应该写在&以后，mut以前（若是有）。

函数签名中的生命周期参数

在正式开始学习以前，咱们还要先明确一些概念。下面是一个代有生命周期参数的函数签名。

fn foo <'a>(s: &'a str, t: &'a str) ->&'a str;

其中第一个'a，是生命周期参数的声明。参数的生命周期叫作输入声明周期，返回值的生命周期叫作输出生命周期。须要记住的一点是：输出的生命周期长度不能长于输入的生命周期。

另外还要注意：禁止在没有任何输入参数的状况下返回引用。由于这样明显会形成悬垂指针。试想当你没有任何输入参数时返回了引用，那么引用自己的值在函数返回时必然会被析构，返回的引用也就成了悬垂指针。

一样的道理咱们能够得出另外一个结论：从函数中返回一个引用，其生命周期参数必须与函数的参数相匹配，不然，标注生命周期参数也毫无心义。

说了这么多“不容许”以后，咱们来看一个正常使用生命周期参数的例子吧。

fn the_longest<'a> (s1: &'a str, s2: &'a str) -> &'a str {
    if s1.len() > s2.len() {
        s1
    } else {
        s2
    }
}
fn main() {
    let s1 = String::from("Rust");
    let s1_r = &s1;
    {
        let s2 = String::from("C");
        let res = the_longest(s1_r, &s2);
        println!("{} is the longest", res);
    }
}

咱们来看看这段代码的各个值的生命周期是否符合咱们前面说的那一点原则。在调用th_longest函数时，两个参数的生命周期已经肯定，s1的生命周期贯穿了main函数，s2的生命周期在内部的代码块中。函数返回时，将返回值绑定给了res，也就是说返回的生命周期为res的生命周期，因为后定义先析构的原则，res的生命周期是短于s2的生命周期的，固然也短于s1的生命周期。所以这个例子符合了咱们说的输出的生命周期长度不能长于输入的生命周期的原则。

对于像示例当中有多个参数的函数，咱们也能够为其标注不一样的生命周期参数，可是编译器没法肯定两个生命周期参数的大小，所以须要咱们显式的指定。

fn the_longest<'a, 'b: 'a> (s1: &'a str, s2: &'b str) -> &'a str {
    if s1.len() > s2.len() {
        s1
    } else {
        s2
    }
}

这里'b: 'a的意思是'b的存活周期长于'a。这点有些使人疑惑，'a明明是长于'b的，为何会这样标注呢？还记得咱们说过生命周期参数的意义吗？它是用来帮助Rust借用检查器来检查非法借用的，输出生命周期必须短于输入生命周期。所以这里的'a其实是返回值的生命周期，而不是第一个输入参数的生命周期。

函数中的生命周期参数的使用咱们暂时先介绍到这里。生命周期在其余使用场景中的使用方法也比较相似，不过仍是有一些值得注意的地方的。

结构体中的生命周期参数

若是一个结构体包含引用类型的成员，那么结构体应该声明生命周期参数<'a>。这是为了保证结构体实例的生命周期应该短于或等于任意一个成员的生命周期。

struct ImportantExcept<'a> {
    part: &'a str,
}

fn main() {
    let novel = String::from("call me Ishmael. Some year ago...");
    let first_sentence = novel.split('.')
        .next()
        .expect("Could not find a '.'");
    let i = ImportantExcept { part: first_sentence};
    assert_eq!(i.part, "call me Ishmael");
}

在这段代码中first_sentence先于结构体实例i被定义，所以i的生命周期是短于first_sentence的，若是反过来，i的生命周期长于first_sentence即长于part，那么在part被析构之后，i.part就会成为悬垂指针。

方法中的生命周期参数

如今咱们为刚才的结构体增长一个实现方法

impl<'a> ImportantExcept<'a> {
    fn get_first_sentence(s: &'a str) -> &'a str {
        let first_sentence = s.split('.')
            .next()
            .expect("Could not find a '.'");
        first_sentence
    }
}

由于ImportantExcept包含引用成员，所以须要标注生命周期参数。在impl后面声明生命周期参数<'a>在结构体名称后面使用。在get_first_sentence方法中使用的生命周期参数也是刚刚定义好的那个。这样就能够约束输入引用的生命周期长度长于结构体实例的生命周期长度。

静态生命周期参数

前面聊的都是咱们本身定义的生命周期参数，如今来聊聊Rust中内置的生命周期参数'static。'static生命周期存活于整个程序运行期间。全部的字符串字面量都有'static生命周期，类型为&'static str。

隐式生命周期参数

在某些状况下，咱们能够省略生命周期参数，对于省略的生命周期参数一般有三条规则：

• 每一个输入位置上省略的生命周期都将成为一个不一样的生命周期参数
• 若是只有一个输入生命周期的位置，则该生命周期将分配给输出生命周期
• 若是存在多个输入生命周期的位置，可是其中包含&self或&mut self，则self的生命周期将分配给输出生命周期

生命周期限定

生命周期参数也能够像trait那样做为范型的限定

• T: 'a：表示T类型中的任何引用都要“活得”和'a同样长
• T：Trait + 'a：表示T类型必须实现Trait这个trait，而且T类型中的任何引用都要“活得”和'a同样长

总结

如今我把我对Rust生命周期的了解都分享完了。其实只要记住一个原则就能够了，那就是：生命周期参数的目的是帮助借用检查器验证引用的合法性，避免出现悬垂指针。

Rust还有几个深坑，咱们下次继续。