所有权转移 Move ownership

大多数类型, 在赋值, 函数参数及函数返回值时, 都是 move 的方式, 而不是拷贝的方式. 原变量的值的所有权转移给目标变量, 同时原变量成为未初始化, 也不再能被使用.

let x = y; foo(x) 当进行赋值及作为函数参数时, 变量的所有权就进行了传递.

传递所有权时, 可以更改值的可变性:

let x = Box::new(42i32);
let mut x2 = x;

转移所有权的实现

作为与上文中转移字符串的 C++ 代码的对应, 我们实现了相应的 Rust 代码, 看它是如何转移所有权的:

#[allow(unused_variables)]
fn main() {
    let s1 = "Rust".to_owned();
    let s2 = s1;
}

使用命令 rustc --emit asm move-string.rs 可以生成相应的汇编文件, 我们摘取 main() 函数的代码并加上了一些注释, 可以对比上面的 rust 代码片段:

	.section	.text._ZN11move_string4main17h2b54fa27eb759b1dE,"ax",@progbits
	.p2align	4, 0x90
	.type	_ZN11move_string4main17h2b54fa27eb759b1dE,@function
_ZN11move_string4main17h2b54fa27eb759b1dE:
	.cfi_startproc
	subq	$56, %rsp
	.cfi_def_cfa_offset 64
;let s1 = "Hello, Rust".to_owned();
	leaq	8(%rsp), %rdi
	leaq	.L__unnamed_10(%rip), %rsi
	movl	$4, %edx
	callq	_ZN5alloc3str56_$LT$impl$u20$alloc..borrow..ToOwned$u20$for$u20$str$GT$8to_owned17hd870369ca9fdf413E
; s2.ptr = s1.ptr;
	movq	8(%rsp), %rax
	movq	%rax, 32(%rsp)
; s2.cap = s1.cap;
	movq	16(%rsp), %rax
	movq	%rax, 40(%rsp)
; s2.len = s1.len;
	movq	24(%rsp), %rax
	movq	%rax, 48(%rsp)
; drop(s2);
	leaq	32(%rsp), %rdi
	callq	_ZN4core3ptr42drop_in_place$LT$alloc..string..String$GT$17hcecf74a2a26a41e6E
	addq	$56, %rsp
	.cfi_def_cfa_offset 8
	retq
.Lfunc_end31:
	.size	_ZN11move_string4main17h2b54fa27eb759b1dE, .Lfunc_end31-_ZN11move_string4main17h2b54fa27eb759b1dE
	.cfi_endproc

根据上面的汇编代码指令, 我们画一下对应的图:

rust move string

可以看到, s2 的栈内存数据都是从 s1 拷贝的, 但并没有拷贝它的堆内存, 这个属于浅拷贝 (shallow copy).

是函数结束前, 只调用了 drop(s2) 来释放 s2 的堆内存, 并没有调用 drop(s1) 来释放 s1 的堆内存, 为什么呢?

因为在哪里调用 drop() 函数, 以及是否调用 drop() 函数, 都是编译器在编译期间确定的.

例如上面的汇编代码就是编译器自动填充的:

; drop(s2);
	leaq	32(%rsp), %rdi
	callq	_ZN4core3ptr42drop_in_place$LT$alloc..string..String$GT$17hcecf74a2a26a41e6E

因为 s1 已经被编译器标记为 未初始化 uninit, 所以它不再能被使用, 也不必要调用 drop(s1) 释放它的内存.

与 drop 动作相关的更多细节, 我们在后面的 Drop 一节中有更全面和深入的介绍.

与 C++ 比较

可以看到, 在 Rust 中实现所有权的转移, 非常自然, 相对应的, 在C++中就需要:

  • move constructor
  • move assignment operator
  • std::move()

与C++中的转移语言的不同点是:

  • 在 C++ 中, s1 和 s2 字符串变量都是可以访问的, 在超出作用域后, 它们的析构函数都会被调用
  • 在 Rust 中, 只有 s2 字符串可以被访问; 而 s1 已经被编译器标记为 未初始化, 所以它不能再被使用, 并且它也不会被 drop
  • 在 C++ 中, 默认是深拷贝 (deep copy) 为主, 如果想要实现移动语义实现浅拷贝, 就需要用前文提到的方法修改代码
  • 在 Rust 中, 默认实现的是移动语义, 如果想深拷贝, 就要显式地调用 clone() 方法

另外, 作为对比, 我们也实现一个 Person 类, 可以参看一下前文的 C++ 代码:

#[derive(Debug, Clone)]
pub struct Person {
    name: String,
}

impl Person {
    #[must_use]
    #[inline]
    pub const fn new(name: String) -> Self {
        Self { name }
    }

    #[must_use]
    #[inline]
    pub fn name(&self) -> &str {
        &self.name
    }
}

#[allow(unused_variables)]
fn main() {
    let name = "Julia".to_owned();
    let p2 = Person::new(name);

    println!("creating p3");
    let p3 = Person::new("Julia".to_owned());

    // 使用 clone
    println!("creating p4:");
    let p4 = p3.clone();

    // 使用 move
    println!("creating p5:");
    let p5 = p4;
}

参考