生命周期初步概念

生命周期初步概念

为什么需要生命周期？

假设有以下代码：

fn main() {
    let r;
    {
        let x = 5;       // x的作用域在内部块
        r = &x;          // r试图借用x
    } // x离开作用域，被释放
    println!("r = {}", r); // 错误！r成为悬垂引用
}

• 编译错误：borrowed value does not live long enough
• 根本问题：r（引用）的生命周期不能超过它指向的数据（x）的生命周期

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生命周期标注语法

1. 基本形式
   生命周期参数以 ' 开头，通常用短名称如 'a：

   &i32        // 普通引用
   &'a i32     // 带有显式生命周期的引用
   &'a mut i32 // 可变引用带生命周期
   

2. 结构体中的生命周期
   如果结构体包含引用，必须标注生命周期：

   struct Book<'a> { // 表示结构体的生命周期不超过字段`title`的生命周期
       title: &'a str,
   }
   
   fn main() {
       let title = String::from("Rust Book");
       let book = Book { title: &title }; // title的生命周期必须长于book
       // 如果title被提前释放，book.title会无效
   }
   

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函数中的生命周期标注

示例：返回两个字符串切片中较长的

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

fn main() {
    let s1 = String::from("short");
    let result;
    {
        let s2 = String::from("very long string");
        result = longest(s1.as_str(), s2.as_str()); 
        // 此时result的生命周期取决于s1和s2中更短的那个
        println!("最长的字符串是: {}", result); // 正确：此时s2仍有效
    }
    // println!("{}", result); // 错误！s2已释放，result成为悬垂引用
}

生命周期标注的含义

• longest<'a>：声明一个生命周期参数 'a
• s1: &'a str, s2: &'a str：两个参数必须具有相同生命周期 'a
• -> &'a str：返回值的生命周期与参数相同
• 核心规则：返回值的生命周期不能超过输入参数的生命周期

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生命周期省略规则

在简单场景下，编译器可以自动推断生命周期，无需手动标注。例如：

// 以下情况可省略生命周期标注
fn first_word(s: &str) -> &str { // 实际等价于 first_word<'a>(s: &'a str) -> &'a str
    // ...
}

编译器根据三个规则自动推断：

1. 每个输入引用自动获得一个生命周期参数
2. 如果只有一个输入生命周期，它被赋予所有输出生命周期
3. 如果是方法（&self或&mut self），输出生命周期与self的生命周期一致

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练习题

1. 修复结构体错误
   以下代码为何报错？如何修复？

   struct Excerpt<'a> {
       part: &'a str,
   }
   
   fn main() {
       let novel = String::from("Call me Ishmael. Some years ago...");
       let first_sentence = novel.split('.').next().unwrap();
       let excerpt = Excerpt { part: first_sentence };
       // 必须确保novel的生命周期长于excerpt
   }
   

2. 实现一个返回自身字段的函数
   为Book结构体添加方法get_title，返回title的引用：

   impl<'a> Book<'a> {
       fn get_title(&self) -> &str {
           self.title
       }
   }
   

3. 挑战：跨作用域的生命周期
   编写函数create_excerpt，从字符串切片生成Excerpt结构体：

   fn create_excerpt<'a>(text: &'a str, delimiter: char) -> Excerpt<'a> {
       let part = text.split(delimiter).next().unwrap();
       Excerpt { part }
   }
   

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常见错误分析

错误示例：

fn get_str() -> &str { // 缺少生命周期标注
    let s = String::from("hello");
    &s // 返回局部变量的引用（危险！）
}

• 错误信息：missing lifetime specifier
• 修复：不能返回局部变量的引用！必须确保返回的引用指向有效数据。