如何决定函数输入参数是否应该是引用？

Question

在编写函数时，如何决定使输入参数成为引用参数还是传值参数？

例如，我应该这样做吗？

fn foo(val: Bar) -> bool { check(val) } // version 1

或者使用引用参数来替代？

fn foo(val: &Bar) -> bool { check(*val) } // version 2

在客户端，如果我只有第二个版本的值并希望被使用，我需要执行以下操作：

// given in: Bar
let out = foo(&in); // using version 2 but wanting to consume ownership
drop(in);

另一方面，如果我只有第一个版本但想保留我的参考，我需要做类似于这样的事情:

// given in: &Bar
let out = foo(in.clone()); // using version 1 but wanting to keep reference alive

那么，哪种方法更好，为什么？

在做出这个选择时是否有性能方面的考虑？或者编译器会如何使它们在性能上等效？

如果您想通过特征提供两个版本，什么情况下需要这样做？对于这些情况，您如何编写两个函数的基础实现 - 在每个方法签名中重复逻辑还是有一个代理到另一个？哪个代理到哪个，为什么？

- prior

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我刚刚找到了另一个有用的相关答案，也许对其他人有用： https://dev59.com/xLzpa4cB1Zd3GeqPRsrU - prior

Answer 1

Rust旨在实现类似于C/C++的性能和语法，但避免了内存问题。为此，它避免使用垃圾回收，而是强制实施“所有权”和“借用”的特定严格内存模型。这些是Rust中至关重要的概念。建议阅读The Rust Book中的理解所有权。

内存所有权规则如下： - Rust中每个值都有一个名为所有者的变量。 - 同一时间只能有一个所有者。 - 所有者超出范围时，该值将被删除。

通过强制使用单个所有者，避免了许多C和C++程序中典型的错误和复杂性，同时避免了复杂且运行时速度缓慢的内存管理。

然而，仅有这些还不能满足需求，因此Rust提供了引用。引用使函数可以安全地“借用”数据而不需要拥有所有权。您可以拥有任意数量的不可变引用，也可以拥有只有一个可变引用。

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当应用于函数调用时，传递值会将所有权转移到函数。传递引用是“借用”，所有权保留。

理解所有权、借用以及后面的生命周期非常重要。但是这里有一些经验法则。

如果函数需要获取数据的所有权，请按值传递。 如果函数只需要读取数据，请传递引用。 如果函数需要更改数据，请传递可变引用。

请注意，其中没有什么是关于性能的。让编译器来处理它。

假设check仅读取数据并检查其是否正确，则应该传递引用。因此，你的示例将是...

fn foo(val: &Bar) -> bool { check(val) }

在客户端，如果我只有第二个版本但想要使用我的值...

没有理由希望一个函数使用引用来做到这一点。如果函数的工作是管理内存，你就传递它所有权。如果不是，那么它的工作就不是管理你的内存。

也没有必要手动调用 drop。你只需要让变量超出范围，它就会自动被丢弃。

什么时候才需要通过 traits 提供两个版本？

你不需要这样做。如果一个函数可以接受引用，就没有理由接受所有权。

- Schwern

Answer 2

如果函数需要所有权，应该按值传递。如果函数只需要引用，则应该按引用传递。当函数不需要按值传递时，通过按值传递 fn foo(val: Bar) 可能需要用户克隆值。在这种情况下，最好通过引用传递，因为可以避免克隆。当函数需要所有权时，通过引用传递 fn foo(val: &Bar) 将要求对其进行复制或克隆。在这种情况下，按值传递更好，因为它使用户控制现有值的所有权是转移还是克隆。函数不必做出那个决定，因此可以避免克隆。有一些例外，例如像i32这样的简单基元类型可以按值传递而无需任何性能惩罚，并且可能更方便。

当您希望通过特征（traits）提供两个版本时，可以使用 Borrow 特征。

fn foo<B: Borrow<Bar>>(val: B) -> bool {
    check(val.borrow())
}

let b: Bar = ...;
foo(&b); // both of
foo(b);  // these work

- kmdreko

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什么时候通过Borrow特质同时提供是合适的？ - prior

说实话，我还没有看到过这种模式的使用。Borrow 适用于借用值与原始值具有相同行为的情况，请参见文档中的示例。我只将其列为潜在选项。通常，您会使用 AsRef 更通用地接受引用，但是它没有像 Borrow 那样的 T -> T& 实现。也许因为只使用 & 更容易和更清晰。 - kmdreko

你能解释一下“传值可能需要用户克隆值”这句话的意思吗？据我所知，传递值（所有权转移）不需要复制实际值，程序员和语言本身都不需要。该值应该已经保存在堆中，只需要进行一次小的新内存分配即可指向相同的堆位置。这对性能来说应该无关紧要，不是吗？ - Pongsakorn Semsuwan

考虑这样一种情况，您需要调用函数并在之后使用该值。如果该函数拥有所有权，则无法在之后使用该值，因此您必须传递一个克隆值。这就是我所说的“可能需要用户克隆该值”的意思。 - kmdreko