为什么借用临时账户是合法的？

Question

我来自C++，对于这段Rust代码的合法性感到相当惊讶：

let x = &mut String::new();
x.push_str("Hello!");

C++中，你不能获取临时对象的地址，并且临时对象不会在它出现的表达式结束后继续存在。

Rust中临时对象能存活多久？因为x只是一个借用，所以字符串的所有权归谁？

- Sven Marnach

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在C++中，你不能获取临时变量的地址。我不懂C++，但这总是正确的吗？一个常量引用是否延长了临时变量的生命周期？ - Shepmaster

@Shepmaster &x 取 x 的地址，我认为这对于临时变量来说是无效的。我应该将其与创建对临时变量的引用进行比较，这确实是可能的，甚至可以扩展临时变量的寿命，因此总体行为实际上与 Rust 所做的非常相似。 - Sven Marnach

@SvenMarnach：在C++中，您可以完美地获取临时变量的地址，struct T { T* me() { return this; } };将返回T实例的地址，无论它是否是临时的。此外，C++允许将const引用或r-value引用绑定到临时变量，并且引用只是一个伪装成指针的小东西。 - Matthieu M.

@SvenMarnach：不用担心 :) 语法非常相似，效果也相似（因为引用就是指针），所以这似乎是一个非常自然的错误。只是某种程度上 Stroustrup 决定了一些事情是允许的，而其他事情则不允许，因为他有一种直觉感觉这样会容易出错...而缺乏统一性在回顾时可能更加令人困惑 :) - Matthieu M.

我针对常见的rust错误 error[E0716] error E0716: temporary value dropped while borrowed (rust) 提出了简明扼要的问题。它链接回这个问题。 - JamesThomasMoon

Answer 1

为什么借用临时变量是合法的？

和在C++中不合法的原因一样，因为有人说应该这样做。

在Rust中临时变量存活多久？由于x只是一个借用，那么字符串的所有者是谁？

参考资料显示：

表达式的临时作用域是包含该表达式的最小范围之一，可以是以下几种情况之一：

• 整个函数体。
• 一个语句。
• if、while或loop表达式的主体。
• if表达式的else块。
• if或while表达式的条件表达式或match守卫。
• match分支的表达式。
• lazy boolean expression的第二个操作数。

本质上，您可以将您的代码视为：

let mut a_variable_you_cant_see = String::new();
let x = &mut a_variable_you_cant_see;
x.push_str("Hello!");

参见：

• 为什么可以返回本地字面量的引用，但不能返回变量？
• 未命名值的作用域是什么？
• 在Rust中，指向临时对象的裸指针是否可行？

- Shepmaster

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谢谢！但是对于这个特定的问题，https://doc.rust-lang.org/1.48.0/reference/destructors.html#temporary-lifetime-extension 这个链接会更好吗？ - khuttun

Answer 2

来自Rust参考手册:

临时生命周期

在大多数表达式上下文中使用值表达式时，将创建一个临时的未命名内存位置，该位置初始化为该值，并且表达式将评估为该位置

这适用于此处，因为String::new()是一个值表达式，并且正好位于&mut下方，处于放置表达式上下文中。现在引用运算符只需要通过这个临时内存位置，因此它成为整个右侧（包括&mut）的值。

然而，当正在创建分配给let声明的临时值表达式时，临时值将使用封闭块的生命周期创建

由于它被分配给变量，因此它具有直到封闭块结束的生命周期。

这也回答了这个问题关于以下两种情况之间的区别：

let a = &String::from("abcdefg"); // ok!

并且

let a = String::from("abcdefg").as_str(); // compile error

在第二种变体中，临时变量被传递到as_str()中，因此它的生命周期在语句结束时结束。

- starblue

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在第二种变体中，临时变量被传递到as_str()函数中，因此它的生命周期在语句结束时结束。现在我明白了，谢谢！ - neevek

这不是编译错误，对于C/C++用户来说，这更加令人困惑。 - arunanshub

@arunanshub 这确实是编译器错误。请查看 https://play.rust-lang.org/?version=stable&mode=release&edition=2018&gist=9d36935f2d46ef9337d09945116b4fe5 在您的代码中，每个 let a 声明都会遮蔽先前的声明。 - sateesh

@sateesh 抱歉，我没有注意到变量的使用情况。现在我明白了。谢谢。 - arunanshub

Answer 3

Rust的MIR为我们提供了一些关于临时变量性质的见解；考虑下面这个简化的案例：

fn main() {
    let foo = &String::new();
}

以及它所产生的MIR（标准评论已被我替换为我的）：

fn main() -> () {
    let mut _0: ();
    scope 1 {
        let _1: &std::string::String; // the reference is declared
    }
    scope 2 {
    }
    let mut _2: std::string::String; // the owner is declared

    bb0: {                              
        StorageLive(_1); // the reference becomes applicable
        StorageLive(_2); // the owner becomes applicable
        _2 = const std::string::String::new() -> bb1; // the owner gets a value; go to basic block 1
    }

    bb1: {
        _1 = &_2; // the reference now points to the owner
        _0 = ();
        StorageDead(_1); // the reference is no longer applicable
        drop(_2) -> bb2; // the owner's value is dropped; go to basic block 2
    }

    bb2: {
        StorageDead(_2); // the owner is no longer applicable
        return;
    }
}

你可以看到在分配引用之前，“隐形”的所有者已经接收了一个值，并且预期在所有者之前丢弃引用。

但我不确定为什么似乎有一个无用的“scope 2”，而所有者没有放置在任何范围内；我怀疑MIR可能还没有完全准备好。

- ljedrz

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谢谢！这表明Shepmaster提供的等效代码不仅仅是类比，而且实际上就是正在发生的事情。中间表示总是倾向于包含许多看似无用的位，在后续阶段进行优化。我还喜欢在某个随机点分配的可变空元组。 - Sven Marnach

@SvenMarnach 如果我没有记错，_0 元组只是 main() 函数的返回值；虽然不是最有趣的信息，但也有其价值 :)。 - ljedrz