所有权系统

Rust的所有权系统是其最为重要的特性之一，它确保了内存安全和避免了常见的内存错误，例如数据竞争和空指针引用。在本教程中，我们将学习Rust的所有权系统的基本概念和高级特性。

1. 基本概念

在Rust中，每个值都有一个所有者。当值超出作用域时，所有者将释放其拥有的资源。这确保了内存资源的正确释放，避免了内存泄漏和悬空指针。

fn main() {
    let s = String::from("hello");
    println!("{}", s);
} // s超出作用域，String资源被释放

在上面的例子中，String类型的变量s拥有一个字符串值，并在超出main函数作用域时释放了该值。

2. 移动语义

Rust中的所有权是通过移动语义来实现的，即将值从一个所有者转移到另一个所有者。当值被移动时，原所有者将失去对该值的所有权。

fn main() {
    let s1 = String::from("hello");
    let s2 = s1; // s1被移动到s2
    println!("{}", s1); // 编译错误：值已被移动
}

在上面的例子中，String类型的变量s1被移动到变量s2，因此尝试访问s1将导致编译错误。

3. 克隆

为了复制值而不是移动它，可以使用clone方法：

fn main() {
    let s1 = String::from("hello");
    let s2 = s1.clone(); // s1被克隆到s2
    println!("{}", s1); // 正常输出
}

在上面的例子中，String类型的变量s1通过克隆方法复制到变量s2，因此s1仍然保留对原始值的所有权。

4. 借用

为了临时借用值而不移动它，可以使用引用&：

fn calculate_length(s: &String) -> usize {
    s.len()
}

fn main() {
    let s = String::from("hello");
    let len = calculate_length(&s); // 借用s的引用
    println!("Length of '{}' is {}", s, len);
}

在上面的例子中，函数calculate_length借用了字符串s的引用而不是移动它，因此s仍然保留所有权。

5. 可变借用

如果需要修改借用的值，可以使用可变引用&mut：

fn add_world(s: &mut String) {
    s.push_str(" world");
}

fn main() {
    let mut s = String::from("hello");
    add_world(&mut s); // 可变借用s的引用
    println!("{}", s); // 输出"hello world"
}

在上面的例子中，函数add_world通过可变引用修改了字符串s的值。

6. 生命周期

当函数返回一个引用时，需要指定引用的生命周期来确保引用不会超出作用域。生命周期描述了引用的有效范围。

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("hello");
    let result;
    {
        let s2 = String::from("world");
        result = longest(&s1, &s2);
    }
    println!("Longest string is '{}'", result); // 编译错误：s2的引用超出作用域
}

在上面的例子中，函数longest返回两个