Rust 如何保证内存安全并防止段错误

Rust实现内存安全的核心其实很简单.它主要取决于两个原则:所有权和借款.

Ownership

编译器使用仿射类型系统跟踪每个值的所有权:一个值最多只能使用一次，之后编译器拒绝再次使用它.

fn main() {
    let original = "Hello, World!".to_string();
    let other = original;
    println!("{}", original);
}

产生一个错误:

error[E0382]: use of moved value: `original`
 --> src/main.rs:4:20
  |
3 |     let other = original;
  |         ----- value moved here
4 |     println!("{}", original);
  |                    ^^^^^^^^ value used here after move
  |
  = note: move occurs because `original` has type `std::string::String`, which does not implement the `Copy` trait

特别是，防止了C或C++中经常遇到的可怕的double-free(在智能指针之前).

Borrowing

rust 病带来的启示是，当混淆了别名和易变性时，就会出现内存问题:也就是说，当一块内存可以通过多条路径访问时，它会发生变异(或移动)，留下dangling pointers个.

因此，借阅判断的核心原则是:Mutability XOR Aliasing.原则上，它类似于读写锁.

这意味着Rust编译器跟踪aliasing条信息，它使用lifetime annotations(&'a var中的'a条)将引用的生存期和它们引用的值连接在一起.

如果有人引用某个值或将其放入其中(例如，引用struct的字段或集合的元素)，则会borrow 该值.借来的价值不能移动.

Mutability (without aliasing)

在任何时候，你只能获得一个mutable reference(&mut T)到一个给定的值，并且这个值可能不存在immutable reference到同一时间；它保证你可以独占地访问这一小块内存，因此你可以安全地对它进行变异.

Aliasing (without mutability)

您可以随时将多个immutable references(&T)转换为给定值.但是，您不能通过这些引用(*)来改变任何内容.

(*) I am lying; there are structs like 100 which implement "interior mutability"; they do respect the Mutability XOR Aliasing principle, but defer the check to run-time instead.

That's it?

差不多如此；)

对于编译器编写者来说，它的实现已经相当复杂，并且可能会过度约束用户(使用该系统无法证明某些安全的程序是安全的，需要跳转)，然而核心原则实际上就这么简单.

So what's left?

边界判断.这不是火箭科学，但可能会导致性能下降.大多数语言都有一定程度的支持，C是一个大的例外，C++有some的支持，虽然它是可选的.