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Rust中slice和reference有什么区别？

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我不明白切片和引用之间的区别。 &String 和 &str 之间有什么区别？我在网上看到一些东西说，引用是一个细指针，而切片是一个粗指针，但我不知道它们两个的含义。 我知道一个切片可以强制转换成引用，但它是如何做到的？ Deref 特性是什么？

我在网上读了一些关于Rust中“fat pointer”概念的内容。 - KamilCuk
我读了它，但我不明白为什么在编译时一个切片（例如&str）的大小是未知的。 - oberblastmeister
给定一个类型为 &str 的变量 x，它有多大？与类型为 i8（1个字节）或 i128（16个字节）或 struct Foo {x:i8,y:i128}（1个字节+ 16个字节=17个字节，忽略对齐）的变量进行比较。类型为 &Foo 的变量将使用指针的大小，解引用将给出一个大小为 17 字节的对象。由于 str 或 [i8] 的大小是可变的，因此必须将其存储为引用的 fat 指针形式。 - CoronA
只是为了链接到什么是切片和数组的区别？而进行评论。 - trent
2个回答
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在Rust中，slice是一个同类型数据的连续块，长度可以不同。
这意味着什么？
[u8]是一个slice。在内存中，它是一块u8的块。slice本身就是数据。但很多时候，人们将&[u8]称为slice。&[u8]是对该数据块的引用。该引用包含两个内容：指向数据本身的指针和数据的长度。由于它包含两个内容，因此被称为fat pointer。&u8也是一个引用（在这种情况下也可以认为是指针*），但我们已经知道它所指向的将是单个u8。因此，它是一个thin pointer，因为它只有一个元素。
可以保证[u8]中的所有数据都是u8类型。
由于你的[u8]只是定义为一块类型为u8的内存连续块，因此编译时无法定义其大小。因此，我们需要在指向它的指针中存储其长度。我们也不能将其放在堆栈上（这意味着我们不能有一个本地变量，它只是一个[u8]**）。
扩展：
[T]是T类型的slice。对于任何给定的T，只要T本身是一个大小已知的类型***，我们就可以想象出一个类型[T]。
str是一个字符串的slice。它保证是有效的UTF-8文本，这是它与[u8]之间的区别。Rust可以放弃有效的UTF-8保证，并将str中的所有其他内容定义为[u8]的一部分。
好了，既然你不能在本地拥有一个slice****，那么你可能会想知道如何创建slice。
答案是将数据放入已知大小的容器中，然后从其中借用slice。
例如：
let my_array: [u32; 3] = [1, 2, 3];

我们可以像这样将my_array切片成一个[u32]:

let my_slice: [u32] = my_array[..];

但是通过切片，我们会失去静态的大小信息。由于局部变量最终会被放在需要预定大小的堆栈上，因此我们必须将其放在一个引用下：

let my_slice: &[u32] = &my_array[..];

一个切片的优点在于，它是一种非常灵活（除了生命周期）的处理连续数据块的方法，无论数据来自哪里。我也可以把“my_array”变成一个堆分配的“Vec”，它仍然可以工作。
“&String”是对整个字符串对象的引用。在Rust中，字符串对象本质上是一个“Vec”。一个“Vec”包含指向其所“包含”的数据的指针，因此你的“&String”可以被认为是一个“&&str”。这就是为什么我们可以执行以下任一操作的原因：
let my_string: String = "Abc".to_string();

let my_str: &str = &my_string[..]; // As explained previously
// OR
let my_str: &str = &*my_string;

这让我想到了你的最后一个问题：
“什么是deref trait？” Deref trait是描述解引用 (*) 运算符的特征。正如你在上面看到的，我可以执行 *my_string。这是因为 String 实现了 Deref，它允许你对 String 进行解引用操作。同样地，我也可以将 Vec<T> 解引用为 [T]。
需要注意的是，Deref trait 在除了 * 的其他地方也会被使用：
let my_string: String = "Abc".to_string();

let my_str: &str = &my_string;

如果我试图将类型为 &T 的值分配到类型为 &U 的位置，则 Rust 将尝试解引用我的 T，直到得到一个 U，同时仍保留至少一个引用。同样，如果我有一个 &&&&....&&&&T，并试图将其赋值给 &&&&....&&&&U，它仍然可以工作。 这个 被称为解引用强制转换：自动将 &T 转换为 &U，其中一定数量的 *T 会产生一个 U。
  • *: 原始指针*const T和*mut T与引用的大小相同，但编译器将它们视为不透明。编译器对原始指针背后的内容没有任何保证，甚至不能保证它们正确对齐。因此，对其进行解引用是不安全的。但由于Deref特性定义了一个安全的deref方法，因此解引用原始指针是特殊的，也不会自动完成。
  • **: 这还包括其他动态大小的类型，例如特质对象和extern types。这还包括作为其最后成员包含动态大小类型的structs，尽管这些非常难以正确构造，但在未来使用CoerceUnsized特性将变得更加容易。可以使用unsized_locals夜间功能使所有这些（除了extern types）无效，该功能允许一些使用动态大小局部变量。
  • ***: 大小已知的类型是所有在编译时已知大小的类型。您可以通用地标识它们；给定类型T，如果T:Sized，则T的大小在编译时已知。如果T:?Sized，则其大小可能在编译时未知（T:?Sized是调用者最灵活的要求，因为它接受任何）。由于片段需要内部数据连续，并且大小和类型同质，因此不可能在片段、数组或Vec<T>中包含动态大小的类型（或!Sized），并保持O(1)索引。虽然Rust可能可以编写特殊代码以对一组动态大小的类型进行索引，但目前还没有。
  • ****: 实际上您可以拥有一个切片，只需将其置于拥有它的指针下即可。例如，这可以是Box<[T]>或Rc<[T]>。这些将自行处理切片的释放（当删除Box时，当所有强引用和弱引用都被删除时（当所有强引用被删除时，值的析构函数被调用，但是直到所有弱引用也消失才释放内存。）Rc）。
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引用书籍中的话：另一种没有所有权的数据类型是切片。切片允许您引用集合中连续的元素序列，而不是整个集合。 因此，[u8]不是切片，它是一个无大小数组; &[u8]才是切片。 - Aloso
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该书称&[T]为切片(slice)，因为对于语言的初学者来说更容易理解。关于切片的参考页面指出，_切片类型的写法为 [T]_，而切片的文档则将其描述为 _一个动态大小的视图，查看连续的序列，即 [T]_。 - Optimistic Peach
这是一个不错的回答，但是这部分还不够清晰：“_但是由于我们无法拥有一个大小未知的局部变量，因此我们必须将其放在引用下面_”。当您执行let my_slice: [u32] = my_array[..];时，my_array具有已知的大小。我也不确定动词“own”在这种情况下是否合适，因为它在Rust中有特殊的含义。我认为您在这里没有使用它的Rust意义。 - nbro
@nbro 好的，我已经编辑过了，更准确地表达了我想说的意思。 - Optimistic Peach
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什么是引用

引用类似于C语言的指针（代表内存位置），但引用永远不会无效*（即null），并且您不能在引用上进行指针算术运算。Rust中的引用与C ++中的引用非常相似。使用引用的一个重要动机是避免move或clone变量。假设您有一个计算向量总和的函数（注意：这是一个玩具示例，获取向量总和的正确方法是nums.iter().sum()）。

fn sum(nums: Vec<u32>) -> Option<u32> {
    if nums.len() == 0 {
        return None;
    }
    let mut sum = 0;
    for num in nums {
        sum += num;
    }
    Some(sum);
}

这个函数移动了向量，因此之后无法使用。
let nums = vec!(1,2,3,4,5);
assert_eq!(sum(nums), 15);
assert_eq!(nums[0], 1); //<-- error, nums was moved when we calculated sum

解决方案是传递一个指向向量的引用。
fn sum(nums: &Vec<u32>) -> Option<u32> {
...
}


let nums = vec!(1,2,3,4,5);
assert_eq!(sum(&nums), 15);
assert_eq!(nums[0], 1); // <-- it works!

什么是slice

Slice指的是“作为指针和长度表示的连续内存块的视图”。它可以被视为对数组（或类似数组的东西）的引用。Rust安全性保证的一部分是确保您不会访问超出数组末尾的元素。为了实现这一点，slice在内部表示为指针和长度。与只包含没有长度信息的指针相比，这是较为臃肿的。就像上面的求和示例一样，如果nums是一个数组，而不是一个Vec，你应该传递一个slice给sum()，而不是数组本身。

String vs str

String和str之间的区别很容易混淆。简单来说，String是可变的，而str是不可变的。String是由标准库提供的类型，它是基于堆分配的并且拥有所有权。str是Rust中的原始类型之一，表示字符串切片。它通常出现在函数签名中，以表示将要处理的字符串的范围，而不需要分配新内存。

str 是一组 utf-8 编码的字符数组，而 &str 则是一组 utf-8 编码的字符切片。 String 是一组 utf-8 编码的字符向量，String 实现了 Deref<Target=str>，这意味着 &String 行为类似于（强制转换为）&str。这与 &Vec<u32> 类似，它的行为类似于 &[u32]（Vec 实现了 Deref<Target=[T]>）。

* 除非使用不安全的 Rust 使其无效

2
请注意，切片也是引用。当您对类型 T 进行泛型处理时，&T 明确是一个引用，并且它也可能是一个切片。 - Aloso
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