为什么在 Rust 中允许返回当前函数拥有的引用？

Question

我正在学习Rust的生命周期/所有权概念，并想要解释一下在Rust中（rustc 1.37.0）的以下行为。

对于这样的程序：

#[derive(Debug)]
struct Book {
    price: i32,
}

fn main() {
    let book1 = Book {price: 12};
    let cheaper_book = choose_cheaper(&book1);
    println!("{:?}", cheaper_book);
}

fn choose_cheaper(b1: &Book) -> &Book {
    if b1.price < 15 {
        b1
    } else {
        let cheapest_book = Book {price: 0};
        &cheapest_book
    }
}

Rust报告:

17 |   &cheapest_book
   |   ^^^^^^^^^^^^^^ returns a reference to data owned by the current function

我能理解这个错误，它是因为变量cheapest_book拥有价格为0的书籍，而且在函数结束时会被删除，所以返回的引用将在此之后失效。但是如果我将choose_cheaper函数更改为以下内容，很难解释为什么以下内容是允许的：

fn choose_cheaper(b1: &Book) -> &Book {
    if b1.price < 15 {
        b1
    } else {
        let cheapest_book = &Book {price: 0};
        cheapest_book
    }
}

能有人为我解释一下吗？谢谢。

- nybon

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可能是为什么我可以返回对本地文字的引用，但不能返回变量的引用？的重复问题。 - Boiethios

Answer 1

在代码行let cheapest_book = &Book {price: 0};中，Book并不是新的Book类型实例。每次调用此函数时，它都会返回对Book类型的同一个实例的引用，该实例将存储在可执行文件的只读数据部分（或者在技术上，如果它包含Cell或AtomicUsize等，则存储在数据部分中）。

在这种情况下，我们可以将代码“展开”为更加明确的内容：

static GLOBAL_BOOK: Book = Book { price: 0 };

fn choose_cheaper<'a>(b1: &'a Book) -> &'a Book {
    if b1.price < 15 {
        b1
    } else {
        let cheapest_book = &GLOBAL_BOOK;
        cheapest_book
    }
}

请注意，对于GLOBAL_BOOK的引用实际上可以是一个&'static Book，但&'a Book是它的超类型，因此将静态引用返回为'a引用是可以的。

如果这看起来有点奇怪，请考虑这正是字符串字面量发生的情况；它们只是没有显式的&字符：在执行let foo = "string!";之后，foo是一个&'static str，它引用可执行文件中只读部分的一些数据，而不是本地对象。因此，您还可以编写在返回任何'a的函数中返回&'a str的语句 return "string!";。

Rust会进行这种转换的规则是，每当您在&后面“构造”一个对象（使用元组语法、结构体或枚举或联合初始化语法、数字或字符串字面量，或任何组合 thereof - 不包括调用new()或任何其他函数），它们都会成为匿名静态。因此，实际上&&1_u32是一个指向静态静态引用的'static引用。

- David A

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值得一提的是：这种行为的术语是“静态晋升”。https://github.com/rust-lang/rust/issues/38865 - Wesley Wiser