理解Rust的引用与借用

困惑

接触Rust也一段时间了，但对References（引用） 、borrowing（借用） 、 &关键字、ref关键字、* 关键字，这几个词非常困惑。常见的问题不在乎下面几条：

1. &关键字是代表引用还是借用？
2. ref 和 & 有什么区别？
3. 总是与c++的引用对比，他们意思相同？（因为人在学习中总与现有的知识对比，所以有了这一条）

网上有很多对Rust中引用和借用部分进行翻译和解释。看得真是云里雾里，一会说借用，一会说引用，那到底是引用还是借用？

现象

rust中借用和引用的附带功效都一样，就是都有生命周期。借用使用&关键字，引用使用ref关键字。借用的对象是必须存在的，引用的对象可以虚拟的，后期附上对象。

我看这网上的一段解释，Rust的引用和c++ 语言的引用完全不一样啊，c++ 语言说的是，引用类似变量别名，声明引用时，必须同时对其进行初始化。

引用的声明方法：类型标识符 &引用名=目标变量名

再看下出自《Programming Rust Fast, Safe Systems Development》

in Rust terminology, we say that it borrows a reference to x. Given a
reference r, the expression *r refers to the value r points to. These are very much like
the & and * operators in C and C++
Unlike C pointers, however, Rust references are never null: there is simply no way to
produce a null reference in safe Rust. And Rust references are immutable by default:

这怎么拿Rust引用与C++的指针进行比较了。都不知道那种是更合理的解释。

实践

实践出真知，还是动动手。

• 首先证明的是引用是否可以为空。

let ref a:i32;
//a = 1;  // expected &i32，consider borrowing here: `&1`
a = &1;

上面代码能编译通过，这说明Rust中的引用和c++ 中的引用不是一个意思，更像c++ 中的指针类型。c++ 通过int *a来声明指针类型。

• ref 与 & 的区别

let ref a=2;
let a = &2;

两个值都是&i32类型。

所以ref用在变量绑定与&用在表达式上是一样的效果。
看到上一个例子的错误提示，consider borrowing here，那么&在Rust的表达式上可以看成是借用，这与c++ 取地址符是一个意思。

struct B<'l> {
    pub a: &'l u32,
    // pub b: ref u32, expected type, found keyword `ref`
}

let ref a = &1;
let b = B{ a: a };

在类型声明上，&表示引用类型。

• & 与 * 的关系

那么&用在绑定上是怎么样的？其实&用在绑定上与*用在表达式上是一样的：

let r=&1;
let &a=r;
let a=*r;

两个值都是i32类型。

如果上面的解释还没有让你明白他们之间的关系，那么通过代码直接输出具体类型，这能加深理解。

#![feature(core_intrinsics)]

fn main() {
    let x = &false;
    print_type_name_of(x);

    let &x = &false;
    print_type_name_of(x);

    let ref x = &false;
    print_type_name_of(x);
}

fn print_type_name_of<T>(_: T) {
    println!("{}", unsafe { std::intrinsics::type_name::<T>() })
}

&bool
bool
&&bool

例子：

#![feature(core_intrinsics)]
enum Favour<'a> {
    Nor(u32),
    NorRef(u32),
    Ref(&'a u32),
    RefRef(&'a u32),
}

fn config(data: &u32) {
    println!("log data: {}", data);
}

// fn con(data: ref u32){  //expected type, found keyword `ref`
//     println!("log data: {}", data);
// }

fn log(fav: Favour) {
    match fav {
        Favour::Nor(data) => {
            config(&data);
            print_type_name_of(data);
        },
        Favour::NorRef(ref data) => {
            config(data);
            print_type_name_of(data);
        },
        Favour::Ref(data) => {
            config(data);
            print_type_name_of(data);
        },
        Favour::RefRef(ref data) => {
            config(data);
            print_type_name_of(data);
        }
    }
}

fn print_type_name_of<T>(_: T) {
    println!("{}", unsafe { std::intrinsics::type_name::<T>() })
}

fn main() {
    log(Favour::Nor(1));
    log(Favour::Ref(&2));
    log(Favour::NorRef(3));
    log(Favour::RefRef(&4));
}

log data: 1
u32
log data: 2
&u32
log data: 3
&u32
log data: 4
&&u32

match的模式匹配上只能使用 ref，在函数声明上只能使用&来表示引用类型

总结

单纯Rust语言上考虑。
我们在不同情况下解释&的意思：

1. 在表达式上，表示的是借用。
2. 在变量绑定上，表示解地址操作与*类似。
3. 在类型声明上，表示引用类型。
4. 在模式匹配上，无效关键字

那么ref的通用解释是：

1. 在表达式上，无效关键字。
2. 在变量绑定上，表示引用类型。
3. 在类型声明上，无效关键字。
4. 在模式匹配上，表示引用类型。

非要给区分ref和&到底哪个是引用，哪个是借用。我们可以先从词性划分，引用我归类为名词，而借用归类为动词。&A在表达式上 表示借用A，这是一个动作，那结果就是产出一个引用类型。所以let ref B表示声明了一个引用类型，它只能绑定到某次借用动作上。

所以ref 更适合叫引用， &叫借用。

参考：

when-to-ref-or
ref-keyword-versus
rust-by-example