rust字符串数据类型String、str、CString和CStr

在 Rust 中，处理字符串时有四种主要的类型：String、str、CString 和 CStr。理解它们之间的区别至关重要，特别是当需要与 C 语言代码进行交互时。

1. 核心区别概览 

类型	是否拥有所有权	是否可变	用途	适用场景
String	是	是	Rust 原生，堆分配，动态大小	Rust 内部使用，可增长的字符串
str	否	否	Rust 原生，不可变，编译时已知大小	字符串字面量、切片引用
CString	是	是	C 兼容，堆分配，以 \0 结尾	需要传递拥有所有权的字符串给 C 函数时
CStr	否	否	C 兼容，不可变，引用，以 \0 结尾	需要从 C 函数接收字符串引用或处理 C 风格字符串常量时

2. String 和 str (Rust 原生字符串)

这两个是用于日常 Rust 编程的标准字符串类型。

String

• 特点： 拥有所有权，存储在堆上，可增长，UTF-8 编码。
• 使用场景：
  • 构建在运行时需要修改或增长的字符串（例如用户输入、文件读取）。
  • 需要在函数间传递所有权时。

str (字符串切片，通常写作 &str)

• 特点： 不拥有所有权，是对 String 或静态存储区的不可变引用，UTF-8 编码。
• 使用场景：
  • 函数参数：高效地传递字符串数据而不转移所有权或复制数据。
  • 字符串字面量：let s = "hello"; 中 "hello" 的类型就是 &'static str。
  • 从 String 中获取子串。

3. CString 和 CStr (C 语言兼容字符串)

这两个类型专门用于 Rust 和 C 语言代码（Foreign Function Interface, FFI）之间的互操作。C 语言要求字符串必须以空字符（null terminator, \0）结尾。

CString

• 特点： 拥有所有权，存储在堆上，以 \0 结尾，内部不能包含 \0。
• 使用场景：
  • 最重要场景： 将一个 Rust 字符串传递给一个期望拥有所有权的 C 函数（例如调用 C 库的 API）。
  • 它提供安全保障，确保字符串符合 C 语言的要求，并且不包含意外的空字符。

use std::ffi::CString;

let c_string = CString::new("Hello C!").expect("CString::new failed");
// 现在可以将 c_string 传递给外部的 C 函数
unsafe {
    // some_c_function(c_string.as_ptr());
}
// 当 c_string 离开作用域时，内存安全释放

CStr

• 特点： 不拥有所有权，是对内存中以 \0 结尾的 C 风格字符串的不可变引用，内部不能包含 \0。
• 使用场景：
  • 最重要场景： 从 C 函数接收一个字符串指针（例如从 C 库读取配置字符串）。
  • 表示一个静态的 C 语言字符串常量。

use std::ffi::CStr;
use std::os::raw::c_char;

// 假设我们从 C 代码中获得一个指针
let c_ptr: *const c_char = /* get from C */;

// 使用 unsafe 块将其转换为安全的 CStr 引用
let c_str_ref = unsafe { CStr::from_ptr(c_ptr) };

// 可以将其转换为 Rust 原生的 &str 使用
let rust_str: &str = c_str_ref.to_str().expect("Contains invalid UTF-8");
println!("来自 C 的字符串：{}", rust_str);

总结要点

1. 日常 Rust 编程： 只用 String 和 &str。
2. 与 C 语言 FFI 交互： 必须使用 CString（传递所有权到 C）和 CStr（从 C 获取引用）。
3. 安全性： CString 和 CStr 保证了 C 语言要求的空字符结尾格式，并且它们的方法通常在 unsafe 块内使用，需要开发者确保指针的有效性。