理解 Rust 的借用和解引用

Question

我正在阅读Rust文档，但似乎无法理解正在发生的事情。例如，在这里，我看到了以下示例：

// This function takes ownership of a box and destroys it
fn eat_box_i32(boxed_i32: Box<i32>) {
    println!("Destroying box that contains {}", boxed_i32);
}

// This function borrows an i32
fn borrow_i32(borrowed_i32: &i32) {
    println!("This int is: {}", borrowed_i32);
}

fn main() {
    // Create a boxed i32, and a stacked i32
    let boxed_i32 = Box::new(5_i32);
    let stacked_i32 = 6_i32;

    // Borrow the contents of the box. Ownership is not taken,
    // so the contents can be borrowed again.
    borrow_i32(&boxed_i32);
    borrow_i32(&stacked_i32);

    {
        // Take a reference to the data contained inside the box
        let _ref_to_i32: &i32 = &boxed_i32;

        // Error!
        // Can't destroy `boxed_i32` while the inner value is borrowed later in scope.
        eat_box_i32(boxed_i32);
        // FIXME ^ Comment out this line

        // Attempt to borrow `_ref_to_i32` after inner value is destroyed
        borrow_i32(_ref_to_i32);
        // `_ref_to_i32` goes out of scope and is no longer borrowed.
    }

    // `boxed_i32` can now give up ownership to `eat_box` and be destroyed
    eat_box_i32(boxed_i32);
}

我相信的事情：

1. eat_box_i32 接受一个指向 Box 的指针
2. 这行代码 let boxed_i32 = Box::new(5_i32); 使得 boxed_i32 包含了一个指针，因为 Box 不是原始类型

我不理解的事情：

1. 为什么我们需要使用 & 来调用 borrow_i32(&boxed_i32);？难道 boxed_i32 不已经是一个指针了吗？
2. 在这一行代码中： let _ref_to_i32: &i32 = &boxed_i32; 为什么右边也需要加上 &？难道 boxed_i32 不已经是一个地址了吗？
3. 为什么 borrow_i32 可以接受指向 Box 和指向 i32 的指针？

- Liviu

Answer 1

关于“指针”术语的评论

如果你愿意，你可以跳过这部分内容，但考虑到你提出的问题，这可能是一个有用的评论：

在Rust中，&i32、&mut i32、*const i32、*mut i32、Box<i32>、Rc<i32>和Arc<i32>都可以说是“指向i32”类型。但是，在这些指针类型之间进行转换时需要注意，即使它们在内存中的布局相同，Rust也不会轻易地让你进行转换。

有时候谈论指针的总体概念可能很有用，但作为一个经验法则，如果你想弄清楚为什么一段Rust代码能编译通过而另一段却不能，我建议你要牢记你正在使用哪种类型的指针。

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您的信仰：

1. eat_box_i32接受一个指向Box<i32>的指针。

事实并非如此。 eat_box_i32接受一个Box<i32>，而不是指向Box<i32>的指针。恰好在内存中，Box<i32>被存储为指向i32的指针。

2. 这一行代码let boxed_i32 = Box::new(5_i32);让boxed_i32包含一个指针，因为Box不是原始类型。

是的，boxed_i32是一个指针。

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你不理解的事情:

1. 为什么我们需要使用&符号调用borrow_i32(&boxed_i32);？boxed_i32不已经是一个指针了吗？

是的，boxed_i32已经是一个指针了。然而，封装的指针仍然表示所有权。如果你传递boxed_i32而不是&boxed_i32，你仍然会传递一个指针，但Rust将认为该变量已被“消耗”，并且在该函数调用之后你将无法再使用boxed_i32。

2. 在这一行中：let _ref_to_i32: &i32 = &boxed_i32; 为什么右侧需要&符号？boxed_i32不已经是一个地址了吗？

是的，boxed_i32已经是一个地址，但它是不透明的（就像一个只有一个私有字段的struct）。&boxed_i32的实际类型是&Box<i32>。

虽然这很奇怪，对吧？如果&boxed_i32是&Box<i32>，那么你怎么能将其赋值给类型为&i32的变量呢？

这实际上是一种简写--如果类型T实现了Deref<Target=R> trait，它将自动将类型&T的值转换为类型&R。而Box<T>类型实现了Deref<Target=T>。

有关Deref的更多信息，请参见https://doc.rust-lang.org/std/ops/trait.Deref.html。

因此，如果你没有使用该自动转换，那么该行实际上看起来会像这样：

let _ref_to_i32: &i32 = Deref::deref(&boxed_i32);

原因与上面的（2）相同。 borrow_i32接受&i32作为其参数。传递&i32显然是可以的，因为类型完全匹配。如果您尝试传递&Box<i32>，Rust将自动将其转换为&i32，因为Box<i32>实现了Deref<i32>。

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编辑：感谢 @kmdreko 指出 Deref 允许强制转换，而不是 AsRef

- math4tots

Answer 2

只是为了补充一下 @math4tots 的观点，自动反引用被称为 Deref Coercion。在 rustbook 中有相关解释和说明：https://doc.rust-lang.org/book/ch15-02-deref.html#implicit-deref-coercions-with-functions-and-methods

- Beans