移动语义对于 Rust 中的引用透明性意味着什么？

Question

我正在尝试弄清楚移动语义如何影响引用透明度。

引用透明(RT) 允许我们在不改变程序含义的情况下用其结果替换任何表达式（从Scala 中的函数式编程转述）。例如，我可以用 替换1 + 1我程序中的任何地方2，并且什么都不应该改变。这个 Python 程序是引用透明的：

@dataclass
class Bucket:
    things: List[str]

leaves = ["leaves"]

def bucket_with_sand(things: List[str]) -> Bucket:
    return Bucket(things + ["sand"])

bucket_with_sand(leaves)  # can be replaced with Bucket(["leaves", "sand"]) with no change to the program

而这个函数就地改变了它的参数

def bucket_with_sand(things: List[str]) -> Bucket:
    things += ["sand"]
    return Bucket(things)

因此用其结果替换函数调用会改变含义。它不再具有引用透明性。在像 Rust 那样具有移动语义的语言中，我们可以通过移动leaves（并依赖于Vec非Copy）来避免这个问题：

struct Bucket {
    things: Vec<&str>,
}

let leaves = vec!["leaves"];

fn bucket_with_sand(things: Vec<&str>) -> Bucket {
    things.push("sand");
    Bucket { things }
}

bucket_with_sand(leaves); // mutates `things`
// doesn't matter that `leaves` has been mutated here as it's now out of scope

这似乎再次具有参考透明性。这样对吗？这些举措是否放松了对 RT 设计的传统限制？或者动作不是参照透明的？我特别想知道是否对 RT 有更广泛的影响，我还没有看到。

Answer 1

在几乎所有在真实计算机上执行的语言中，引用透明的概念都有些模糊，尤其是在具有命令式状态的语言中，Rust 也不例外。调用可能会产生副作用——从执行 IO 到内存不足，再到仅仅改变一个可变变量——根据你是否包括那些你认为“没有变化”的函数，你可能会认为函数是非-参照透明。它们不是纯数学函数，而是在调用时确实会改变世界状态的过程。

也就是说：Rust 所谓的“所有权”系统——它的“仿射”或“移动”类型与其多读者/单作者借用系统的组合——用于显着减少可能的副作用一个程序。特别是它（主要是*）消除了大多数其他命令式语言中最普遍和最有害的副作用：可变别名。也就是说，在 Rust 中，您（大多数情况下*）永远不会有两个或多个对同一内存位置的引用，其中一个函数中的一个引用会改变内存位置作为运行的副作用，而另一个函数中的另一个引用只会看到内存位置中的值“突然改变”。这意味着任何时候一个值要发生变异，&mut或者一个拥有变量——这意味着，正如你在这里问的那样，在某种程度上，关于引用透明度的假设在 Rust 中比在大多数其他命令式语言中更有可能成为真。

上面的“(mostly*)”星号说明了另一个相对较大的异常：不安全的代码可能违反此规则，并且在几个库函数中也是如此。例如，Rust 标准库中提供所谓的“内部可变性”的部分提供了一种不安全的单元格类型以及包装器类型，它们以时间方式动态地强制禁止可变别名：一个这样的可变访问可以发生在给定的时间，但允许它们从不同的共享引用依次发生。

同样的警告适用于几乎所有真实的语言，无论它推销自己有多“纯粹”：ML 系列有ref单元，Haskell 有不安全的库函数，Lisps 有set!等等。这些都是对这样一个事实的让步：有时能够通过数学抽象（函数语言中的纯值，或 Rust 中的仿射值）到达具有不受限制的可变别名的底层机器，具有压倒性的性能优势。