Rust 与 C++：从函数返回对象

Question

我是 Rust 新手，试图了解从函数返回对象时如何传递所有权。在以下基于引用的实现中，由于引用没有所有权，因此当“s”超出范围时，它会被删除并释放。

fn dangle() -> &String { // dangle returns a reference to a String

    let s = String::from("hello"); // s is a new String

    &s // we return a reference to the String, s
} // Here, s goes out of scope, and is dropped. Its memory goes away.
  // Danger!

这是通过不返回引用来解决的：

fn no_dangle() -> String {
    let s = String::from("hello");

    s
}

现在我尝试用 C++ 实现来理解这一点，如下所示：

std::string no_dangle() {
    std::string s("hello world");
    return s;
}

根据我的理解，在 C++ 中，当从函数返回“s”时，使用复制构造函数创建另一个副本，并且在函数内部创建的“s”被释放。这意味着，创建了两个实际上不是光学的对象记忆方面。

我的问题：

1. 在 Rust 中，当从函数返回“s”时，不会创建额外的对象。仅返回所有权。在堆中分配的原始对象保持不变。这是正确的吗？

2. 在 C++ 中，你可以通过返回对象和指针（智能指针或原始指针）来从函数返回“事物”。但是在 Rust 中，唯一返回“事物”的就是上面的内容，与 C++ 相比，它接近于返回一个智能指针。 -指针？

Answer 1

Rust 和 C++ 都是值类型语言，因此除非明确要求，否则不会在堆上分配对象/结构。因此，在给出的两种情况下，都没有在堆上分配有问题的字符串对象/结构。在这两种语言中，字符串都使用存储在堆上的动态分配的后备缓冲区，但这是一个重要的区别。

因此，在 Rust 中，如果按值返回，则对象将被移动，这始终相当于直接 memcpy，因为 Rust 结构不允许具有自定义移动逻辑，并且克隆必须是显式的。memcopy 将指针复制到后备存储，因此字符串对象可能位于不同的内存中，但后备缓冲区保持不变。

在 C++ 中，对象可以具有重要的复制和（在 C++11 及更高版本中）移动构造函数。因此，如果这不是返回命名值，则必须调用复制或移动构造函数。然而，对于从函数返回的特定情况，复制省略规则开始发挥作用。这表示，可选地（在 C++17 及更高版本中，某些简单情况需要），如果对象在 return 语句中初始化，或者来自具有自动存储持续时间的位置，则编译器不会调用复制/移动构造函数，而是将对象直接构造到调用者在最初创建返回对象时提供的存储中，这意味着在返回时不需要复制或移动。这称为返回值优化。

如果在 C++11 或更高版本中，您要返回的值不是对象初始化或具有自动存储持续时间的命名值（或者在这些情况下，由编译器自行决定，C++17 及更高版本中的对象初始化除外），例如作为调用另一个函数的结果，那么将调用移动构造函数，在这种情况下，只需将指针复制到后备存储并清除旧字符串中的指针。在这种情况下，行为就像生锈一样。如果该类型具有更复杂的移动构造函数，则它可以因移动而执行任何操作。

最后，在 C++98 中，如果要返回的值不是对象初始化或具有自动存储持续时间的命名值，则将调用复制构造函数，将后备存储复制到新的后备存储，然后将该后备存储复制到新的后备存储中。回。导致新的字符串指向不同的内存。当作用域结束时，旧的内存将被析构函数释放。

另外，C++ 实现可以使用小字符串优化，其中小字符串直接存储在字符串对象中。在这种情况下，将没有后备存储，并且即使移动对象，也必须复制字符串。

最后需要注意的一点是，在 C++11 之前，实现通常std::string使用引用计数后备存储。在这种情况下，副本将增加后备存储上的引用计数，而析构函数将减少其增量，但不会释放，因为仍然存在对存储的引用。在这种情况下，生成的字符串仍将指向原始后备存储，但代价是比移动过程稍微昂贵一些。随着移动构造函数的引入，这种情况已经变得不那么常见了。

为了快速回答第二个问题，rust 还允许返回智能指针、指针和引用，但是 rust 借用检查器将阻止返回对对象本地对象的引用，因为它们没有足够的生命周期。这不会阻止返回对参数和全局变量（例如字符串文字或线程局部变量）的引用，因为它们的生命周期比函数更长。