10｜生命周期：你创建的值究竟能活多久？

unravel2025
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正式开始

在 Rust 中，除非显式地做 Box::leak() / Box::into_raw() / ManualDrop 等动作，一般来说，堆内存的生命周期，会默认和其栈内存的生命周期绑定在一起

值的生命周期

  1. 静态生命周期：一个值的生命周期贯穿整个进程的生命周期

    a. 当值拥有静态生命周期，其引用也具有静态生命周期，可以用 'static 来表示

    b. &'static str 代表这是一个具有静态生命周期的字符串不可变借用

    c. 一般来说，全局变量、静态变量、字符串字面量（string literal）等，都拥有静态生命周期

  2. 动态生命周期：如果一个值是在某个作用域中定义的，也就是说它被创建在栈上或者堆上，那么其生命周期是动态的

    a. 当这个值的作用域结束时，值的生命周期也随之结束

    b. 对于动态生命周期，我们约定用 'a 、'b 或者 'hello 这样的小写字符或者字符串来表述。 ' 后面具体是什么名字不重要，它代表某一段动态的生命周期

小结

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  1. 分配在堆和栈上的内存有其各自的作用域，它们的生命周期是动态的。
  2. 全局变量、静态变量、字符串字面量、代码等内容，在编译时会被编译到可执行文件的 BSS/Data/RoData/Text 段，然后在加载时装入内存。它们的生命周期和进程的生命周期一致，是静态的。
  3. 函数指针的生命周期也是静态的，因为函数在 Text 段中，只要进程活着，其内存一直存在

编译器如何识别生命周期

生命周期标注的目的是，在参数和返回值之间建立联系或者约束。调用函数时，传入的参数的生命周期需要大于等于（outlive）标注的生命周期

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  1. 函数本身携带的信息，就是编译器在编译时使用的全部信息
  2. 需要我们在函数签名中提供生命周期的信息，也就是生命周期标注（lifetime specifier）
  3. 在生命周期标注时，使用的参数叫生命周期参数（lifetime parameter）
  4. 通过生命周期标注，我们告诉编译器这些引用间生命周期的约束
  5. 生命周期参数的描述方式和泛型参数一致，不过只使用小写字母
  6. 生命周期参数，描述的是参数和参数之间、参数和返回值之间的关系，并不改变原有的生命周期

编译器自动添加生命周期的规则

所有使用了引用的函数，都需要生命周期的标注

  1. 所有引用类型的参数都有独立的生命周期 'a 、'b 等。
  2. 如果只有一个引用型输入，它的生命周期会赋给所有输出。
  3. 如果有多个引用类型的参数，其中一个是 self，那么它的生命周期会赋给所有输出。

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编译器如何检查

  1. 当每个函数都添加好生命周期标注后，编译器就可以从函数调用的上下文中分析出，在传参时引用的生命周期是否和函数签名中要求的生命周期匹配。
  2. 如果不匹配，就违背了“引用的生命周期不能超出值的生命周期”，编译器就会报错

小结

  1. 根据所有权规则，值的生命周期可以确认，它可以一直存活到所有者离开作用域

  2. 引用的生命周期不能超过值的生命周期。在同一个作用域下，这是显而易见的。然而，当发生函数调用时，编译器需要通过函数的签名来确定，参数和返回值之间生命周期的约束。

    a. 大多数情况下，编译器可以通过上下文中的规则，自动添加生命周期的约束

    b. 如果无法自动添加，则需要开发者手工来添加约束

     1. 一般，我们只需要确定好返回值和哪个参数的生命周期相关就可以了
 2. 对于数据结构，当内部有引用时，我们需要为引用标注生命周期

好的链接

  1. The Rust Programming Language 生命周期
  2. 死灵书中的生命周期

精选问答

  1. 对&str这个类型的理解？

    a. &str是一个字符串切片,一个带有长度的胖指针,指向字符串实际的位置

    b. 它可以指向 "hello world"，此时指针指到了 RODATA/STRING section 里 "hello" 的地址，它的生命周期是 'static

    c. 也可以指向 "hello world".to_string()，此时指针指向了这个字符串的堆地址，生命周期是 'a。

  2. 对生命周期检查的一点思考

    a. 在含有引用的函数调用中，编译器会尝试根据规则进行补齐，如果无法自动补齐，就会要求开发者进行标注

    b. 开发者标注的生命周期会在两个地方生效

     1. 函数的实现中，会去校验标注的正确性
 2. 在函数的调用点也会根据函数声明中的标注，对入参和返回值进行检查

    c. 函数声明中的生命周期标注，其实就是同时约束实现方和调用方的约定。在标注的约束关系中，如果检查发现调用方和实现方都满足约束，则编译通过

  3. ”&mut &str 添加生命周期后变成 &'b mut &'a str“，为什么编译器会自动标注成这样？不是一个参数一个生命周期吗？

    a. 一个引用一个生命周期

  4. 某个函数的参数生命周期是变化的，可能是<'a,'a>也可能是<'a,'b>,这样的话函数要实现2遍吗

    a. 'a 代表的是一个泛化的生命周期，表示我支持任何长度的生命周期

    比如 fn max<'a, 'b: 'a>(s1: &'a str, s2: &'b str) -> &'a str {} b. 表明 'a 和 'b 可能是不同的生命周期，'b 生命周期大于等于 'a

    c. 返回值需要满足 'a 的生命周期。整个函数相当于在说，给定两个参数，返回值的生命周期要大于这两个参数中小的那个

    d. 所以函数参数的生命周期是一种约束，而不是一个具体的值。它本身就可以随着传入的生命周期而自适应，只要它们满足约束就可以

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