• Rust:临时变量的生命周期
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Rust中临时变量的生命周期是一个复杂但经常被忽略的话题。在通常情况下,Rust将临时变量保留足够长的时间,这样我们就不必考虑它们的生命周期了。然而,在很多情况下,这并不能满足我的需求。在这篇文章中,我们重新了解临时变量的生命周期规则,分析一些延长临时变量生命周期的用例。

临时变量
下面是一个没有上下文的Rust语句,它使用了一个临时字符串变量:
f(&String::from('🦀'));
这个临时字符串存在多长时间?如果我们设计Rust语言,我们基本上可以从两种选项中选择:
1.在调用f之前,字符串会被立即删除。
2.字符串只会在调用f之后被删除。

如果我们使用选项1,上面的语句将总是导致借用检查错误,因为我们不能让f借用已经不存在的东西。因此,Rust选择了选项2:首先分配String,然后将对它的引用传递给f,只有在f调用返回后才删除临时String。

在let语句中
现在有一个稍微难一点的问题:
let a = f(&String::from('🦀'));
…
g(&a);
再问一次:临时字符串变量的生命周期是多长?字符串在let语句的末尾被删除,在f返回之后,但在g被调用之前。在调用g之后,字符串将与a同时被丢弃。

这一次,选项1可能有效,取决于f的签名。如果f被定义为fn f(s: &str) -> usize,那么在let语句之后立即删除String是完全可以的。然而,如果f被定义为fn f(s: &str) -> &[u8],那么a将从临时String变量中产生借用,因此如果我们将a保留更长时间,我们将得到一个借用检查错误。

对于选项2,它在两种情况下都可以很好地编译,但是我们可能会保留一个临时变量比必要的存活时间更长,这可能会浪费资源或导致微妙的错误(例如,当MutexGuard比预期的更晚被丢弃时,会出现死锁)。

在选项1和选项2之间,Rust选择了选项1:在let语句末尾删除临时变量。手动将String移动到单独的let语句中以使其保持更长的生命周期。
let s = String::from('🦀');
let a = f(&s);
…
g(&a);
在嵌套调用中
再看一个更复杂的:
g(f(&String::from('🦀')));
同样,有两种选择:
1.在调用f之后,但在调用g之前,字符串被删除。
2.该字符串将在语句结束时删除,因此在调用g之后。

该代码段与前一个代码段几乎相同:将对临时String变量的引用传递给f,并将其返回值传递给g。不过,这一次,使用了单个的嵌套调用表达式语句。根据f的签名,选项1可能起作用,也可能不起作用,选项2可能使临时变量的生命周期存在的时间比必要的长。

选项1会使像String::from('🦀').as_bytes().contains(&0x80)这样简单的东西也不会通过编译,因为字符串会被丢弃在as_bytes[f]之后,在contains[g]之前。因此,Rust选择了选项2:不管f的签名是什么,String都保持存活,直到语句结束,直到调用g之后。

在if语句中
现在让我们来看一个简单的if语句:
if f(&String::from('🦀')) {
    …
}
同样的问题:什么时候删除临时字符串变量?
在if语句的条件求值之后,但在if语句体执行之前(即在{处)。
在if函数体之后(即在}处)。

在这种情况下,没有理由在if语句体期间保持临时变量的存活。该条件的结果是一个布尔值(只有true或false),根据定义,它不借用任何东西。所以,Rust选择了选项1。

一个有用的例子是使用Mutex::lock,它返回一个临时的MutexGuard,当它被丢弃时将解锁互斥锁:
fn example(m: &Mutex<String>) {
    if m.lock().unwrap().is_empty() {
        println!("the string is empty!");
    }
}
这里,m.lock().unwrap()中的临时变量MutexGuard在.is_empty()之后被删除,这样在println语句期间互斥量就不会不必要地保持锁定状态。

在if let语句中
但是,if let和match的情况不同,因为我们的表达式不一定求值为布尔值:
if let … = f(&String::from('🦀')) {
    …
}
还是有两种选择:
1.在模式匹配之后,在if let的主体之前(即在{处)删除字符串。
2.在if let语句体之后(即在}处)删除该字符串。

这一次,我们有理由选择第二种而不是第一种。在if let语句或match这种模式匹配语句中,借用某些东西是很常见的。

因此,在这种情况下,Rust选择了选项2。例如,如果我们有一个Mutex<Vec<T>>类型的vec,下面的代码编译得很好:
if let Some(x) = vec.lock().unwrap().first() {
    // 互斥对象仍然被锁在这里
    // 因为我们从Vec中借用了x. (`x` 是 `&T`)
    println!("first item in vec: {x}");
}
我们从.lock().unwrap()中获得一个临时变量MutexGuard,并使用.first()方法借用第一个元素。这个借用在if let的整个主体中需要持续锁定,因此MutexGuard只在最后的}处被删除。

然而,在某些情况下,这并不是我们想要的。例如,如果我们不使用first,而是使用pop,它返回一个值而不是引用:
if let Some(x) = vec.lock().unwrap().pop() {
    // 互斥对象仍然被锁在这里
    // 这是不必要的,因为我们没有从Vec中借用任何东西。(“x” 是 “T”)
    println!("popped item from the vec: {x}");
}
这可能会导致细微的错误或性能降低。

目前,解决方法是使用单独的let语句,将临时生命周期限制为let语句中:
let x = vec.lock().unwrap().pop(); // MutexGuard在此语句之后被删除
if let Some(x) = x {
    …
}

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