152 lines
7.3 KiB
Plaintext
152 lines
7.3 KiB
Plaintext
:experimental:
|
|
:docdatetime: 2022-08-10T17:04:53+02:00
|
|
|
|
= Ownership
|
|
|
|
https://doc.rust-lang.org/book/ch04-00-understanding-ownership.html[Link zum Buch]
|
|
|
|
== Was ist das?
|
|
|
|
Jeder Wert hat eine Variable, die ihn "besitzt".
|
|
Jeder Wert kann zu einem Zeitpunkt nur von _einer_ Variable bessessen werden.
|
|
Sollte die Variable aus dem Scope verschwinden, wird der Wert ungültig und aus dem Speicher entfernt.
|
|
|
|
== Warum?
|
|
|
|
Wenn ein Wert eine feste Länge hat, kann man sie ganz einfach auf den Stack packen.
|
|
Falls die Länge aber variabel ist, muss zu Laufzeit Speicher allokiert werden.
|
|
In C ist das dann der Aufruf `malloc`, der einen Pointer zu dem entsprechenden Bereich gibt.
|
|
Später muss dann `free` aufgerufen werden, um den Speicher wieder freizugeben, weil C keinen Garbage Collector hat, der sich alleine darum kümmert.
|
|
|
|
Es ist wenig verwunderlich, dass beim manuellen Aufruf von `malloc` und `free` allerhand schiefgehen kann.
|
|
Entweder kann Speicher zu früh (eventuell falsche Werte) oder zu spät (höherer Speicherverbrauch) freigegeben werden, oder auch zum Beispiel doppelt.
|
|
|
|
Rust nutzt deshalb (wenn man das nicht aktiv anders macht) einen anderen Ansatz, bei dem der Compiler selber `drop` (was in etwa `free` entspricht) einfügt, wenn eine Variable aus dem Scope verschwindet.
|
|
|
|
== Was das für den Code bedeutet
|
|
|
|
=== String Datentyp
|
|
|
|
Fangen wir mal mit einem Datentypen an, den das betrifft.
|
|
|
|
Neben String literals gibt es auch noch einen anderen String-Typen, Rust scheint da sich ein wenig an OOP zu orientieren.
|
|
Im Higher-Lower-Game wurde der auch schon benutzt, und User-Input mit `String::from(x)` in eine Variable gelegt.
|
|
Dieser String-Typ hat den Vorteil, dass er eine dynamische Länge hat und damit verändert werden kann.
|
|
|
|
Ein Beispiel:
|
|
|
|
[source, rust]
|
|
----
|
|
let mut x = String::from("Hello"); // Legt "dynamischen" String an
|
|
x.push_str(" world!"); // Konkatiniert an den String
|
|
|
|
println!("{}", x); // "Hello world!"
|
|
----
|
|
|
|
Das geht mit den normalen String-Literalen (`let mut x = "Hello";`) nicht, da diese eine immer eine feste Länge haben.
|
|
Theoretisch kann `x` natürlich dann überschrieben werden, mit einem String anderer Länge, aber anscheinend wird das von Rust überdeckt und wahrscheinlich ähnlich wie Shadowing gehandhabt.
|
|
|
|
=== Move
|
|
|
|
[source, rust]
|
|
----
|
|
let x = 5; // Int -> feste Größe und auf Stack
|
|
let y = x;
|
|
|
|
let s1 = String::from("Hello world"); // Dynamischer String auf Heap
|
|
let s2 = s1;
|
|
----
|
|
|
|
Hier trifft ähnliches zu, wie zum Beispiel in Python: primitive Datentypen, wie `int` oder `float`, werden einfach kopiert, wenn sie einer anderen Variable zugewiesen werden.
|
|
Bei Objekten auf dem Heap dagegen, wird auch kopiert, allerdings nur was wirklich in `s1` steht: die Referenz auf den Speicher (also ein Pointer), die Länge und andere "Metadaten".
|
|
|
|
In Sprachen mit Garbage Collector also Java oder Python haben `s1` und `s2` jetzt zu jeder Zeit den gleichen Wert.
|
|
Sollte eines verändert werden, wird das zweite auch verändert.
|
|
Sehr tückisch manchmal.
|
|
|
|
Rust löst es anders: Damit nicht zum Beispiel ein doppeltes `free` auftritt, wird hier `s1` invalidiert, nachdem es in eine andere Variable gegeben wurde.
|
|
Wie oben beschrieben: Der Wert von `s1` kann nur einen Besitzer haben und der wird mit der letzten Zeile gewechselt.
|
|
Sollte man nach dem Snipped ein print nutzen, gäbe es einen Compile-Fehler.
|
|
|
|
Natürlich gibt es auch Wege für ein "deep copy", allerdings ist das nie der Standard.
|
|
Die Methode dafür (muss natürlich implementiert sein) heißt `clone`.
|
|
|
|
Wir könnten also auch schreiben `let s2 = s1.clone()` und beide Variablen wären unabhängig voneinander und gültig.
|
|
Das kann aber sehr teuer für die Laufzeit sein!
|
|
|
|
=== Copy und Drop Annotation
|
|
|
|
Im Buch wird jetzt noch kurz angeschnitten, dass diese primitiven Datentypen kopiert werden, weil sie das `Copy` "trait" implementiert hätten.
|
|
An dem Punkt habe ich noch keine Ahnung, was das ist, aber ich denke es wird so ähnlich sein, wie Java Interfaces?
|
|
|
|
Wenn ein Datentyp den `Copy` trait hat, wird es auf jeden Fall einfach kopiert, statt gemoved.
|
|
|
|
Es gibt auch ein `Drop` trait, mit dem noch irgendwas ausgeführt werden kann, wenn ein Wert dieses Types gedropped wird. Dieser trait ist exklusiv zu `Copy`.
|
|
|
|
== In Funktionen
|
|
|
|
Sollte eine Funktion eine Variable übergeben bekommen, wird auch das Ownership der Variable dahin übergeben.
|
|
Nach Ausführen der Funktion ist die Variable ungültig.
|
|
Der Wert wird aber möglicherweise wieder zurückgegeben.
|
|
Das gilt natürlich nicht für die `Copy`-Datentypen.
|
|
|
|
Wie vorher schon erfahren, kann man auch Referenzen und mutable Referenzen übergeben, wodurch die Variable nur "geborgt" wird.
|
|
|
|
In C/C++ gibt es ja beim Aufruf von zum Beispiel Funktionen eines Structs oder Objekt, den Pfeil (`x->fun()`) der quasi auch nur ein hübsches `(*x).fun()` ist.
|
|
|
|
In Rust sag ich der Funktion, dass ein Argument eine Referenz auf einen Datentypen ist, und ich kann mit der Variable arbeiten, als wäre sie da.
|
|
Wenn ich den Wert der Referenz haben will, muss ich sie natürlich immer noch dereferenzieren.
|
|
|
|
Solange die Referenz nicht mutable ist, können davon unendlich viele existieren.
|
|
|
|
Mutable References werden noch wieder kritisch behandelt - es kann zu einem Zeitpunkt immer nur eine mutable Referenz geben (ähnlich Ownership also).
|
|
Noch krasser: Eine mutable Referenz kann nicht erstellt werden, solange eine immutable existiert.
|
|
"Existieren" bedeutet hier natürlich: Wenn die immutable Referenz nach Erstellen der mutable Referenz noch einmal genutzt wird.
|
|
Sonst kümmert sich der Compiler drum.
|
|
|
|
Das heißt natürlich auch, dass alle immutable Referenzen invalid werden, sobald eine mutable Referenz erstellt wird.
|
|
|
|
Damit werden (unter anderem) Race Conditions schon beim Compilen verhindert.
|
|
|
|
=== Dangling references
|
|
|
|
[source.notCompiling, rust]
|
|
----
|
|
fn dangle() -> &String {
|
|
let s = String::from("hello");
|
|
&s // Referenz auf s returned
|
|
} // Hier fliegt s aus dem Scope
|
|
----
|
|
|
|
Hier ist eine Funktion gebaut, die nur eine Referenz zurückgibt.
|
|
Allerdings wird `s` ja (da nach Funktion out of scope) nach der Funktion gedropped.
|
|
Der Compiler gibt uns dafür auch einen Fehler.
|
|
|
|
Das Tutorial sagt an diesem Punkt, dass man am besten keine Referenzen zurückgibt, die Fehlermeldung redet aber auch noch von "lifetimes" und dass `&'static String` ein möglicher Rückgabetyp wäre.
|
|
Das kommt wohl aber erst später...
|
|
|
|
== Der Slice-Datentyp
|
|
|
|
Wenn wir auf Arrays arbeiten, wäre es ja cool, an verschiedenen Stellen gleichzeitig zu arbeiten.
|
|
Nur so kann multithreading etc. funktionieren.
|
|
|
|
Dafür hat Rust den Slice-Datentyp.
|
|
Der funktioniert ähnlich wie Array-Ranges in Python.
|
|
|
|
[source, rust]
|
|
----
|
|
let s = String::from("hello world");
|
|
|
|
let hello = &s[0..5];
|
|
let world = &s[6..11];
|
|
----
|
|
|
|
Rust kümmert sich dabei darum, dass wir jetzt keinen Unsinn mehr mit `s` machen.
|
|
Sollte man versuchen `s` zu mutaten und danach die Slice zu nutzen, gibt es einen Fehler, denn Slices sind genauso Referenzen.
|
|
|
|
Fun fact: String Literale sind auch Slices und damit Referenzen von Strings.
|
|
Noch mehr fun fact: Da dynamische String und String Literale damit quasi den selben Typ beschreiben, haben sie auch den gemeinsamen Typ `&str`.
|
|
Für Leseoperationen kann also im Allgemeinen dieser benutzt werden.
|
|
|
|
Slices können auch mutable sein, dafür muss aber das ursprüngliche Array mmutable sein und es kann immer nur ein mutable Slice gleichzetig existieren (also genauso wie beim Ownership).
|