14 rust基础 -lifetimes（生命周期）

Rust 生命周期（Lifetimes）学习总结

1️⃣ 生命周期的基本概念

Rust 的生命周期是一种保证引用有效性的机制，用来防止悬垂引用和数据竞争。

• 生命周期标注是告诉编译器不同引用之间的关系，以确保引用不会比其引用的数据活得更久。
• 生命周期不会改变数据的生存时间，而是检查引用的使用是否合法。

示例：

fn main() {
    let r;
    {
        let x = 5;
        r = &x; // 报错：x 在 r 之前被销毁
    }
    println!("r: {}", r);
}

编译器报错，因为 x 的生命周期比 r 短。

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2️⃣ 生命周期标注语法

• 生命周期标注使用 'a 这样的标识符。
• 语法：&'a T 表示引用的生命周期是 'a。

示例：

fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
    if x.len() > y.len() { x } else { y }
}

解释：

• 输入的两个引用 x 和 y 的生命周期都是 'a。
• 返回值的引用也拥有生命周期 'a。
• 编译器知道返回的引用至少活得和输入的引用一样长。

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3️⃣ 函数签名中的生命周期

• 生命周期标注主要出现在函数签名中，用于描述参数和返回值之间的依赖关系。
• 生命周期标注不会影响运行时行为，只是编译期检查工具。

示例：

fn first_word<'a>(s: &'a str) -> &'a str {
    let bytes = s.as_bytes();
    for (i, &item) in bytes.iter().enumerate() {
        if item == b' ' { return &s[0..i]; }
    }
    s
}

这里的 'a 确保返回值不会比输入字符串 s 活得更久。

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4️⃣ 生命周期省略规则（Lifetime Elision Rules）

在某些情况下，Rust 可以推断生命周期，无需显式标注。

编译器应用以下三条规则来自动插入生命周期标注：

1. 每个引用参数都有自己的生命周期参数。
2. 如果只有一个输入生命周期，则返回值的生命周期等于输入生命周期。
3. 如果有多个输入生命周期，但其中一个是 self 或 &self，那么返回值的生命周期等于 self。

示例：

fn foo(x: &str) -> &str { x } // 自动推断为 fn foo<'a>(x: &'a str) -> &'a str

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5️⃣ 结构体中的生命周期

当结构体中包含引用时，必须为引用指定生命周期：

struct Book<'a> {
    title: &'a str,
    author: &'a str,
}

生命周期标注确保 Book 实例不会比它内部的引用活得更久。

使用示例：

fn main() {
    let title = String::from("1984");
    let author = String::from("George Orwell");
    let book = Book { title: &title, author: &author };

    println!("{} by {}", book.title, book.author);
}

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6️⃣ 静态生命周期

• 'static 表示引用可以活得跟程序一样久。
• 常见于字符串字面量，因为它们被嵌入到程序的二进制文件中：

let s: &'static str = "I have a static lifetime.";

• 但要小心使用 'static 生命周期标注，不要让不必要的引用活得过长。

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7️⃣ 生命周期与特征对象

在使用特征对象时，生命周期也经常出现，比如：

trait Trait {}

struct Foo<'a> {
    part: &'a str,
}

impl<'a> Trait for Foo<'a> {}

fn do_something(x: &dyn Trait) {}

在复杂的泛型和特征对象中，生命周期标注帮助编译器确保引用的安全性。

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🎯 总结

• 生命周期标注是编译期概念，保障引用不会变成悬垂引用。
• 常用生命周期： 'a, 'static
• 函数签名中的生命周期： 说明参数和返回值之间的生命周期关系。
• 结构体中的生命周期： 当结构体包含引用时必须使用生命周期标注。
• 生命周期省略规则： 简化代码，自动推断生命周期。
• 'static 生命周期： 引用在程序运行期间一直有效。