Rust（一）Thinking of rust

1. RAII: Resource Acquisition Is Initialization/Scope-Bound Resource Management

使用局部对象来管理资源。

RAII的意义在于将那些使用前需要先获取的资源(例如：堆内存，socket，文件，锁，数据库连接等)的生命周期和对象的生命周期绑定。

RAII保证了在任意能够访问到该对象的函数中能够访问对应的资源（资源的可获得性是“类不变式，class invariant，约束类的对象”，消除了冗余的运行时判断）

RAII可以被总结为

将资源封装在类中
- 类的构造器负责获取资源和建立所有类不变式，当无法获取资源时抛出异常
- 析构器释放资源且不会抛出异常
总是通过RAII-类的实例访问资源
- 资源本身为automatic storage或者生命周期是temporary
- 资源的生命周期被本地变量的生命周期限定

1.1. scoping rules and ownership

所有权规则指的是

RAII类实例在其生命周期内拥有资源（实例位于local, function scope）
当类实例被回收时，同时回收其拥有的资源

因而也被称为Ownership Based Resource Management(OBRM)。

1.2. scoping rules and lifetime

“scoping”并非一定是local scope，因而实际上被称为lifetime。

std::ofstream *file = new std::ofstream("/etc/passed");
...
// @different
//    function
//    thread
//    long long time later
//    or even when the process dies
//    ...
delete file;

2. Substructure Type System

内存~=资源：内存也被视为资源，需要基于所有权规则管理内存
实现方式：通过增强类型系统在编译期静态约束malloc()/free()接口的使用
- 例如：变量初始化：给予内存的所有权
- 例如：超出scope，调用free()

内存资源的含义：和变量绑定的内存以及变量各个域绑定的内存。

3. Immutability and Mutability

变量默认为不可变

//
//      +--> variable name (or identifier)
//      |
let mut x: i32 = 1;
//  +--    ---   +-> value
//  |      |
//  |      +--> type (32-bit signed integer)
//  +--> noting mutability
//
x = 2;

变量和类型：变量是一块内存的拥有者
值和类型：值也具有类型
强类型语言：赋值时变量的类型和值的类型必须匹配

4. Ownership and Borrowing

变量owns一个值：拥有者负责内存的回收
move语义：通过赋值运算符=，变量的值move给另一个变量，如下

{
    // x <- alloc("Hello")
    let mut x = String::from("Hello!");
    // y <- alloc("World!")
    let y = String::from("World!");
    // drop(x): free("Hello!")
    x = y;
    ...
}
// drop(x); free("World!")

5. Safety rule: {shared} + xor mutable references

变量从owner借用值
Rule 1：能够存在任意共享引用(shared references)
Rule 2：仅能存在一个可变引用(mutable reference)
Safety rule: Rule 1 xor Rule 2

5.1. 意义1：别名分析

更容易分析指针别名 => 容易优化

// $ man 3 memcpy
//
// NOTES
//   Failure to observe the requirement that the memory 
//   areas do not overlap has  been  the  source of
//   significant bugs.
//
void *memcpy(void *dst, const void *src, size_t n);

// dst and src can not point to the same value!
fn memcpy<T>(dst: &mut T, src: &T);

5.2. 意义2：无数据竞争

无法同时存在读者和写者
实际上，该规则过于严格，其实一些不符合规则的惯例也是安全的

6. 小结：Rust中的伟大思想

OBRM plus {shared} + ^ mutable references

内存安全
线程安全

加上现代的类型系统，抽象，构建系统，包管理器等等。

6.1. 关于变量和值的一点想法

我的理解是，变量和值是有必要区分的。变量从所有权规则的角度考虑较好，值从生命周期的角度考虑较好。

变量需要满足所有权规则，即负责其对应的资源的获取和回收。当然资源可以move。

资源具有生命周期，资源的生命周期应当大于等于其的拥有者。因为可以move。

那这么说的话其实所有权规则和生命周期是从两个角度共同对程序做出的约束。

7. reference

RAII, cppreference.com