本期想聊聊引用，大部分的资料在谈Rust的引用的时候都会聊到可变引用，不可变引用，所有权等等的概念，其实Rust的几乎所有概念都是正交的，引用本身与可变性是一组正交的概念，所以这里我只想聊聊引用，不涉及其他。
引用的来源
当我们讨论C语言的时候，不可避免的要讨论C语言的指针，Rust的引用是指针的对应，与指针对应的概念是值，例如我们要给函数传递参数的时候，要么传递的是变量的值，要么传递的是变量的指针。
指针的本质是内存的地址，当我们要传递的参数是一片很大的内存的时候，传递值的方式是很低效的，通过传递该片内存的地址给函数，可以极大的提高效率。
指针的高效率同时也带来了很多问题，大部分的内存安全问题都是指针所导致的，Rust的一个设计诉求就是内存安全，同时要保持高效，所以Rust中必须要有指针，但是要保证内存安全，所以才有了引用这一概念。
引用就是指针，是一种附加了很多额外限制的指针。
内存安全的分类
我们碰到的内存安全问题分为好多种，大体上可以分为三类。
第一种是内存地址的错误，也就是指针的值有问题，拿一个错误的内存地址去访问或者修改内存就会导致程序错误。
比如空指针，就是指针的值指向的是内存的地址0x0，这肯定是一个错误的内存地址，访问地址0x0的内容必然会导致错误。
比如野指针，这个是指指针的值没有初始化，这样指针可能指向任意一个内存地址，访问该地址的内存肯定是错误的。
比如悬挂指针，这个是指指针指向的内存已经被释放了，被系统回收了，访问该地址的内存很大的概率是暂时不会报错，程序奔溃在其他莫名其妙的地方，修复此类问题会非常棘手。
比如数组越界，这个问题的本质是数组的访问是通过计算的方式生成一个内存地址，越界的情况是计算出了一个错误的内存地址，访问到了错误的内存，也是错误的。
第二种错误是错误解读内存
比如类型不匹配，内存里保存的是结构A的数据，我们按照结构B的方式去解读内存，读取的数据肯定是错误的。
比如重叠内存访问，两个指针分别按照不同的结构去解读内存，一个写，一个读，数据肯定是错误的。
第三种错误是内存泄漏，分配后的内存没有释放，逐渐累积会导致系统的内存到达极限，无法再有效的分配内存，导致程序奔溃。
Rust的解决方案
Rust通过引用来有效的避免空指针，野指针，悬挂指针等错误，通过切片的方式来避免数组相关的一些错误，通过可变性来规避内存解读的错误。
Rust并没有解决内存泄漏的问题。
我们可以从一个C函数的角度来看Rust引用的设计。
void test(int a) {}
这是一个简单的C函数，参数a是通过传值的方式传递的，因为a的类型是int，只有4个字节，比较小，所以通过传值的方式没有问题，如果参数是一个很大的结构体或者是数组的话，通过传递值的方式就会效率很低，需要通过传递指针的方式。
void test（int *a) {}
对应的Rust函数是：
fn test(a:&i32){}
到这里的时候，就会有几个问题，因为传递的是一个地址，所以需要确保a指向的内存数据必须是有效的。
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a不可以是空指针，rust中所有的引用都是从一个有效的值借用而来，这样可以保证所有的引用在产生的时点就是有效的，不会是空指针。
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a不可以是野指针，rust中在语法上也有保证，一个引用变量在赋值之前是不可以被使用的，这样可以保证不会有野指针的出现。
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a不可以是悬空指针，要做到没有悬空指针，就需要保证当一个变量变成无效的时候（比如free，或者局部变量离开函数域），要么指向它的所有指针都无效，要么就保证没有任何对这个变量的指针的时候这个变量才能消失。在C语言中，一般我们free一段内存后，都会把指向这个内存的指针设置为Null，这样保证不会出现悬空指针，但是指针是可以Copy的，当程序中多处都保存同一指针的时候，free一段内存要去清理所有指向它的指针，很多时候是不现实的。
Rust采纳的方案当存在对一个变量的引用的时候，该变量不可以失效，反过来说的意思就是，引用只能在变量本身存在的时候有效。
比如在C语言中：
int* test(){ int a=1; return &a;}
这个函数在C语言中是符合语法规则的，只是返回的指针是一个悬空指针。
而在Rust中：
fn test()->&i32{let a:i32 = 1;return &a;}
这段代码是无法编译的，Rust会检查引用的有效性，当引用返回的时候，变量a已经失效了，会是悬空指针，所以Rust在编译阶段就会避免该问题的发生。
Rust引用的这一特征就会导致Rust的引用只能在栈上向下传递，不可以向上传递。能够向上传递的只能是值。
如果函数需要返回的值很大不适合通过值的方式传递，怎么办？
Rust的方式把这个值放到堆上去，然后返回拥有这个堆内存的变量。这个过程是无法通过引用的方式实现的，Rust提供了几个实现这个过程的工具，比如Box，Rc，Arc等，Vec其实也是其中的一个，只是更复杂。
所有这些工具的一个共同特征是，它们虽然实际的作用是一个指针，但是变量本身是一个值，不是引用，不会受到引用相关的所有限制。
还有一个问题是返回参数，比如下面这个函数。
int * test(int *a,int *b) { return a; }
这种情况是很常见的，在Rust中对应的代码是：
fn test(a:&i32,b:&i32)->&i32 { return a; }
但是这个函数是无法编译的，一种简单的修复方式是：
fn test<'a>(a:&'a i32,b:&'a i32)->&'a i32 { return a; }
也就是需要加上生命周期标志，告诉Rust该函数的返回值是跟着那个变量值的，这样才能保证返回的这个引用存在时，所引用的最终值不可以无效。
这个函数还可以有另外一个版本：
fn test<'a,'b>(a:&'a i32,b:&'b i32)->&'a i32 { return a; }
这个函数的意思跟上面的函数是不同的，明确说明返回的引用只跟参数a有关系，更参数b没有关系，这样返回值存在的时候，a的最终值不可以失效，但是参数b的最终值可以。
结构体中的引用
比如下面这段代码：
struct A<'a> { a: &'a i32, b: i32,}fn test1<'a>(aa: A<'a>) {}
这段代码可以这样理解：
struct B { b: i32,}fn test2<'a>(a: &'a i32, b: B) {}
结构体就是把两个参数捆在一起传递，拆开以后就会到最简单的模式，会很好理解。
所以Rust中带有引用的结构体也只能沿着栈向下传递，没办法跳出栈向上传递。
&‘static 生命周期
变量保存的地方无非是三个，栈，堆，静态。
栈变量的引用只能沿着栈向下传递。
堆变量虽然是指针，但是已经被Rust包装成值变量了，不涉及引用。
对于静态变量，Rust有一个特殊的生命周期标志，&’static，这一类特殊的生命周期代表在整个程序运行中都会有效，对于这种生命周期的引用，可以直接当成值变量来理解。
总结
个人的理解，rust的引用只能用在沿着栈向下传递的情况，这样就把指针这个概念缩小到一个很小的范围，但是变得特别清晰。写代码的时候经常遇到的情况是大量的数据需要管理，所以可以看到很多的Manager什么的来保存这些数据，在这些数据容器中，基本是很难保存引用的，只能保存值，或者把数据放到堆上去，把Box，Rc，Arc这些胖指针保存到容器中。
rust的所有的代码都是写在普通的函数中，理解一个函数就可以理解所有的函数。
