Rust生命周期详解：定义、意义与泛型生命周期的应用
Rust生命周期详解：定义、意义与泛型生命周期的应用
Rust的生命周期是该语言最独特且最具挑战性的特性之一。它确保了引用的有效性，防止了悬空引用的发生。本文将从生命周期的基本概念出发，通过具体示例，深入讲解其在函数中的应用，帮助读者掌握这一核心概念。
10.5.1. 什么是生命周期
Rust的每个引用都有自己的生命周期，生命周期的作用是让引用保持有效，也可以说它是保持引用有效的作用域。在大多数情况下，生命周期是隐式的、可推断的。如果引用的生命周期可能以不同的方式相互关联时，就必须手动地标注生命周期。生命周期可以说是Rust与其它语言相比最与众不同的特征，所以它非常难学。
10.5.2. 生命周期的存在意义
生命周期存在的主要目的是为了避免悬空引用（Dangling reference，又叫悬垂引用），这个概念在4.4. 引用与借用中有讲过，我把当时对悬空引用的解释粘到这来：
在使用指针时非常容易引起叫做悬空指针(Dangling Pointer)的错误，其定义为：一个指针引用了内存中的某个地址，而这块内存可能已经释放并分配给其他人使用了。如果你引用了某些数据，Rust编译器保证在引用离开作用域前数据不会离开作用域。这是Rust保证悬空引用永远不会出现的做法。
看个例子：
fn main() {
let r;
{ //小花括号
let x = 5;
r = &x;
}
println!("{}", r);
}
- 在这个例子中先声明了
r，但是没有初始化，这么做的目的是让r存在于小花括号外（看代码的注释的位置）的作用域。当然，Rust没有Null值，所以在r初始化前不能使用r。 - 而在小花括号内声明了变量
x，赋值为5。下边一行把x的引用赋给了r。 - 当小花括号这个作用域结束之后，在它外面又打印了
r这段代码是有错误的，错误在于当打印r时,x已经走出作用域被销毁了。所以r的值，也就是x的引用此时指向的内存地址是已经被释放的内存，指向的数据已经不是x了，造成了悬空引用，所以会报错。
输出：
error[E0597]: `x` does not live long enough
--> src/main.rs:5:7
|
4 | let x = 5;
| - binding `x` declared here
5 | r = &x;
| ^^ borrowed value does not live long enough
6 | }
| - `x` dropped here while still borrowed
7 | println!("{}", r);
| - borrow later used here
报错信息是借用的值活的时间不够长。因为在内部花括号结束的时候 x 走出作用域，但 r 作用域更大能够继续使用，为了保证程序的安全性，这个时候任何基于 r 的操作都是无法正确运行的。Rust会通过借用检查器来检查代码的合法性。
10.5.3. 借用检查器(borrow tracker)
借用检查器会比较作用域来判断所有的借用是否合法。对于刚才那个代码例，借用检查器发现 r 的值是 x 的引用，但是 r 的生命周期比 x 长，就会报错。怎么解决这个问题呢？很简单，让 x 的生命周期不小于 r 就行：
fn main() {
let x = 5;
let r = &x;
println!("{}", r);
}
这个时候 x 的生命周期是从第2行到第5行， r 的生命周期是从第3行到第5行，所以 x 的生命周期就完全覆盖了 r 的生命周期，程序就不会报错。
10.5.4. 函数中的泛型生命周期
看个例子：
fn main() {
let string1 = String::from("abcd");
let string2 = "xyz";
let result = longest(string1.as_str(), string2);
println!("The longest string is {result}");
}
fn longest(x: &str, y: &str) -> &str {
if x.len() > y.len() {
x
} else {
y
}
}
string1这个变量是String类型，而string2的类型是字符串切片&str，然后把这两个值传进longest函数（string1需要先转化一下成&str类型），把得到的返回值打印出来。longest函数的逻辑是把输入的两个参数做对比，选更长的那个返回
输出：
error[E0106]: missing lifetime specifier
--> src/main.rs:9:33
|
9 | fn longest(x: &str, y: &str) -> &str {
| ---- ---- ^ expected named lifetime parameter
|
= help: this function's return type contains a borrowed value, but the signature does not say whether it is borrowed from `x` or `y`
help: consider introducing a named lifetime parameter
|
9 | fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
| ++++ ++ ++ ++
错误是缺少生命周期的标注，具体地说是返回类型缺少生命周期参数。看下面的 help，说这个函数的返回类型包含了一个借用的值，但是函数的签名没有说明这个借用的值是来自 x 还是来自 y，考虑引入一个命名的生命周期参数。
看回这个函数：
fn longest(x: &str, y: &str) -> &str {
if x.len() > y.len() {
x
} else {
y
}
}
很明显，这个函数的返回值要么是 x 要么是 y，但具体是哪个不一定，而 x 和 y 这两个传入的参数的具体生命周期也是不知道的（只看这个函数的情况下）。所以没法像之前的例子那样比较作用域，从而判断返回的引用是否是一直有效的。借用检查器也做不到，原因就是它不知道这个返回类型的生命周期到底是跟 x 有关还是跟 y 有关。
实际上就算返回值是确定的这么写也会报错：
fn longest(x: &str, y: &str) -> &str {
x
}
输出：
error[E0106]: missing lifetime specifier
--> src/main.rs:9:33
|
9 | fn longest(x: &str, y: &str) -> &str {
| ---- ---- ^ expected named lifetime parameter
|
= help: this function's return type contains a borrowed value, but the signature does not say whether it is borrowed from `x` or `y`
help: consider introducing a named lifetime parameter
|
9 | fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
| ++++ ++ ++ ++
编译器还是不清楚，因为函数类型体现不出来返回类型借用的值是来自 x 还是来自 y。
所以这个事跟函数体里的逻辑没有关系，就是跟函数签名有关系，那该怎么改呢？我们其实可以按照报错信息里的帮助提示来改：
= help: this function's return type contains a borrowed value, but the signature does not say whether it is borrowed from `x` or `y`
help: consider introducing a named lifetime parameter
|
9 | fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
| ++++ ++ ++ ++
它让我们加个泛型生命周期参数我们就加：
fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
if x.len() > y.len() {
x
} else {
y
}
}
'a 表示有 a 这么一个生命周期, x 、 y 以及返回类型都是这个生命周期 a，这个时候就表示 x 、 y 和返回类型的生命周期是一样的。“一样的”这个说法不太准确，因为 x 和 y 在 main 函数对应的实例的生命周期其实有一点差别，但这个内容下篇文章再讲。
先看看代码整体：
fn main() {
let string1 = String::from("abcd");
let string2 = "xyz";
let result = longest(string1.as_str(), string2);
println!("The longest string is {result}");
}
fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
if x.len() > y.len() {
x
} else {
y
}
}
输出：
The longest string is abcd