生命周期(lifetime)

1. 动态语言 vs rust
2. 悬垂指针(dangling reference)
3. 内存释放
   1. drop(free)
   2. 垃圾回收

fn main() {
    let x_ref = {
        let x = 3;
        &x
    };
    // x_ref would now refer to `x`, but `x` is out of scope, so x_ref is dangling.
    println!("{}", x_ref)
}

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创建生命周期

在 Rust 中，生命周期主要通过生命周期注解来创建和使用。生命周期注解是一种显式声明引用有效时间的方式，通常用 'a、'b 这样的符号表示。

示例：

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

在这个示例中，longest 函数接受两个字符串切片参数，并返回其中一个更长的字符串切片。'a 生命周期注解表明返回值的生命周期与输入参数的生命周期相同。

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生命周期类别

• fn：

  fn example<'a>(input: &'a str) -> &'a str {
      input
  }
  

• struct：

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

• enum：

  enum StringOption<'a> {
      Some(&'a str),
      None
  }
  

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生命周期消除（Lifetime Elision）

rust 编译器自动推理，无需手动重复添加

1. 每个引用参数都有自己的生命周期参数。
2. 如果只有一个输入引用参数，那么它的生命周期会被赋予所有输出引用。
3. 如果有多个输入生命周期参数，但其中一个是 &self 或 &mut self，那么 self 的生命周期会被赋予所有输出引用。

fn first_word(s: &str) -> &str {
    &s[..1]
}

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// 返回值不包含引用，无需标注
fn add(a: &i32, b: &i32) -> i32 {
    *a + *b
}

// 只包含一个 引用 生命周期一致
fn identity(a: &i32) -> &i32 {
    a
}

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特殊生命周期标注

'static 生命周期表示整个程序运行期间都有效的生命周期。这通常用于全局变量或字符串字面量。

let s: &'static str = "hello";

const SOME_COORDINATE: (i32, i32) = (7, 4);
let static_reference: &'static (i32, i32) = &SOME_COORDINATE;

struct Counter<'a> {
    counter: &'a mut i32
}
impl Counter<'_> {
    fn increment(&mut self) {
        *self.counter += 1;
    }
}

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生命周期约束

生命周期注解可以用来约束多个引用之间的关系。

fn example<'a, 'b>(x: &'a str, y: &'b str) -> &'a str
where
    'b: 'a,
{
    x
}

在这个示例中，'b: 'a 表示生命周期 'b 必须不短于 'a。

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生命周期子类型和协变

生命周期可以有子类型关系，较短的生命周期可以被视为较长生命周期的子类型。这在协变（covariance）中尤为重要。

fn example<'a, 'b>(x: &'a str, y: &'b str) -> &'a str
where
    'a: 'b,
{
    x
}

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小试牛刀

fn test_lifetime_mut() {
    fn insert_value<'a, 'b>(my_vec: &mut Vec<&'a i32>, value: &'b i32) {
        my_vec.push(value);
    }

    {
        let x = 1;
        let mut my_vec = vec![&x];
        let y = 2;
        insert_value(&mut my_vec, &y);
        println!("{my_vec:?}");
    }
}

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课后习题

Requirements: 修改如下代码，使得编译通过，并解释为什么？

进阶： 还有几种解法可以实现，你能通过修改一个生命周期参数实现吗？

fn test_lifetime_multiple() {
    fn insert_value<'a, 'b>(my_vec: &'a mut Vec<&'a i32>, value: &'b i32) {
        my_vec.push(value)
    }
    let mut my_vec: Vec<&i32> = vec![];
    let val1 = 1;
    let val2 = 2;

    let a = &mut my_vec;
    insert_value(a, &val1);
    println!("a is {:?} ", a);
    let b = &mut my_vec;
    insert_value(b, &val2);
    println!("b is {:?}", b);
    println!("{my_vec:?}");
}

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https://tfpk.github.io/lifetimekata/