克服 "& 驱动开发"
原文: Getting Past “Ampersand-Driven Development” in Rust - Blog
background
RR23W10 - 锈周刊 -> Weekly :: China
快译
A little mental model for ownership and borrowing
所有权和借用的小小心智模型.
我是在一次 Tad Lispy 的演讲中听到 "& 符号驱动开发"这词儿的, 非常精确的捕捉到了很多 Rust 新人开发时, 下意识的随机插入 & 符号来安抚编译的行为.
此文, 描述了我想向 Rust 新手解释的一个心智模型， 涉及 &,&mut,所有权, Rcs 和 Arcs 之间的区别; 我希望你或是其它有抱负的 Rustacean 们对此感觉有用.
引用 (&variable)
让我们从 & 符号开始, 真是个可怕的符号; 在 Rust 中随处可见 --- 如果你首次尝试编写一些 Rust 代码, 可能不到 10 分钟, Rust 编译器就会烦人的或是有用的告诉你, 在哪儿需要放置一个 &;
想象一下,我们有个计算字符串长度的简单函数; 此函数需要查阅字符串; 但是, 需要所有权进行修改嘛?不; 当长度函数完成时,我们应该从内存中删除字符串嘛? 也不需要; 这意味着长度函数嘦读取访问权, 只是要字符串的临时视图而不是永久版本;
这就是 &变量 符号在 Rust 中的含义; 想想一个小孩子将最喜欢的玩具借给另外一个孩子时说: "你可以看, 但是, 不能摸; 当你看完后, 我想立即拿回来;" 这就是共享引用;
图片由 Evan Schwartz 使用 Midjourney 创作
可变引 (&mut variable)
那么 &mut 变量又是怎么回事儿?
让我们想象一下在给定字符串前追加 "hello" 的函数, 而不是我们的字符串长度函数; 在这种情况中, 我们硬骨头希望函数修改给进来的数据; 这时,我们就需要 &mut 或说 可变引用;
想想我们的小孩子借一本涂色书给朋友, 让他在一页上色,说:"你可以看以及摸---但是, 当你完成后, 我仍然想要回来";
图片由 Evan Schwartz 使用 Midjourney 创作
可变引用是独占的
这里解释关于 Rust 微妙又非常聪明的设计最好的场景之一;
如果某人(或是你的代码的某部分)有一个对某个值的可变袭用, Rust 编译器会确保绝对没有其它人可以再次引用; 为什么? 因为, 如果你正在查看某个你认为不可变的值, 当然不会在你使用其过程中又和维其它人意外的变更这个对象 (对于我们上面提及的字符串长度函数, 你就知道如果允许, 那得多令人困惑?)
另外一层含义是, 如果任何人对一个值有一个不可变袭用, 我们就不能更改它, 又或是给出另外一个可变引用;
值的拥有 (variable)
接下来,我们将讨论 值的拥有;
Rust 的另外一个聪明之处, 在于如何确定何时应该忘记或是从内存中删除一个值; 每当函数完成后, 其中声明的所有值都将被删除或是自动清除;
好吧, 这并不是真的; 如果我们再次考虑字符串长度函数, 就知道, 我们并不希望字符串在长度函数完成时就被完全遗忘/删除; 和追加 hello 函数相同; 在这些情况中, 只会清除对该值的引用, 但是,不会删除实际值;
那么, 将我们向 HashMap 中插入一些东西时又如何? 在这种场景中, 我们希望给定的字符串输入成为 HashMap 的一部分; 希望该值现在由 HashMap 拥有;
想象一个小孩赠送他们的玩具之一时说: "给, 你可以拿来作任何你想作的事儿,我不需要拿回来了, 享受吧!" (即便是想象中的孩子, 也需要相当成熟成千可能令此场景可信哪...)
引用计数指针 (Rc 和 Arc)
我们在 Rust 中还有另外两种值类型是 Rc 和 Arc;
对于 Rc, 想象孩子生日派对上的装饰品, 例如气球; 当所有人都取信在那里时, 我们希望每个人都看着, 但是不要触摸装饰品; 我们希望装饰品一直保持到最后一个孩子离开时; 但是, 嘦最后一个熊孩子离开, 我们就可以立即开始清理装饰品; 这就是一个 Rc 或是引用计数指针;
Rc 跟踪有多少人(或是代码的一部分) 正在查看, 并保持该值, 直到最后一个引用被删除的那一刻;
如果你正在使用异步或是多线程代码, 你将使用 Arc 或是原子引用计数指针, 但是, 和 Rc 的想法相同;
效果也是: 大家看看装饰品, 晚会一结束我们就收拾干净;
结论
作为最后的总结, 你可以根据以下问题, 来决策应该使用那种类型的值:
| &var(不可变引) | &mut var(可变引用) | var(拥有值) | Rc(引用计数指针) | Arc(原子引用计数指针) | |
|---|---|---|---|---|---|
| 可读? | ✔︎ | ✔︎ | ✔︎ | ✔︎ | ✔︎ |
| 可写? | ✘ | ✔︎ | ✔︎ | 仅当包装为 Cell/RefCell | 仅当包装为 Mutex/RwLock |
| 函数结束时丢弃? | ✘ | ✘ | ✔︎ | 仅在 Rc 最后的克隆被丢弃后 | 仅当 Arc 的克隆被丢弃后 |
| 多线程可用? | ✘ 注1 | ✘ | 值可以在线程间移动,但不同线程不可同时访问 | ✘ | ✔︎ |
注1: (除非有一个 'static 生命周期, 这意味着在所有线程中存在,或是在线程作用域中使用)
在从 Typescript 等高级语言转到 Rust 时,
& 符号是最可怕或是最不熟悉的部分之一;
但是, 能保证的是, 经过一些练习, 在编写代码时,
知道一个函数应该采用可变引用还是不可变引用,
又或是知道其它库的函数是否可能需要引用或是拥有值,
感觉会更加直观;
也就无需 "& 驱动开发" 了;
有关详情, 值得查阅 Rust 语言文档: References and Borrowing 以及: What is Ownership?
还有 Evan Schwartz 是 Fiberplane 的首席 Rust 工程师; 也是 Autometrics 的创造者, 一个全新的 crate, 可以让你轻松了解代码中任何函数的错误率/延迟和生产使用情况.
refer.
... TBD
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