static - 获取对全局向量元素的引用

Question

这是我努力做到正确的一个最小示例。

我正在尝试维护全局 Vec<Box<Item>> , Item 的 ID是它的索引。当我想获取对 Item 的引用时，我总是可以从某个地方获取它的 id，然后通过 id 获取引用(如代码中的 ref_a)。但我更愿意直接获取对 Item 的引用并传递它(如 ref_b )，甚至将它保存在某个地方而不是保存 id。但是我的代码不起作用。

我在 get_a_certain_item() 中看到, 返回值 &Item将具有与 VEC.read() 相同的生命周期因此让引用转义是无效的。但是，据我了解，由于所有 Item s 在堆中分配了盒子，对它的引用应该总是有效的。让 reference 比 read guard 活得更长应该没有坏处。

如果我没有正确编写代码，我想在 Rust 中应该有一些惯用的方法来做到这一点。我会很感激一些帮助。

// lazy_static = "0.1.15"
#[macro_use]
extern crate lazy_static;

use std::sync::RwLock;

struct Item {
    id: usize
}

lazy_static! {
    static ref VEC : RwLock<Vec<Box<Item>>> = RwLock::new(vec![
        Box::new(Item { id: 0 }), 
        Box::new(Item { id: 1 }), 
        Box::new(Item { id: 2 })]);
}

fn get_a_certain_item() -> &Item {
    & VEC.read().unwrap()[1]
}

fn get_a_certain_item_by_id() -> usize {
    1
}

fn main() {
    // this works, but verbose
    let ref_a = {& VEC.read().unwrap()[get_a_certain_item_by_id()]};

    // this doesn't work
    let ref_b = get_a_certain_item();
}

Answer 1

编译代码出现这个错误:

error: missing lifetime specifier [E0106]
    fn get_a_certain_item() -> &Item {
                               ^~~~~
help: run `rustc --explain E0106` to see a detailed explanation
help: this function's return type contains a borrowed value,
      but there is no value for it to be borrowed from
help: consider giving it a 'static lifetime

在 Rust 中，生命周期只是参数化的占位符，就像泛型类型 (see this answer for more info) 一样。这意味着每个返回的引用都必须有一个对应于某个输入引用的生命周期。你的函数没有那个。

如果生命周期可能不对应，那么您将能够拥有返回生命周期的代码，该生命周期可以是调用者想要的任何值是。这通常是无稽之谈，因为引用将在某个时候停止有效，因此您将违反内存安全规则。

我刚才说的是真的，但遗漏了一个小而重要的极端情况:'static生命周期。这是一个内置的生命周期，对应于编译到代码中的项目。通常这意味着用 static 定义的全局变量或对文字值的引用。这些值存在于 main 之前在 main 之后被调用并销毁结束了。在程序运行期间实际创建此类值是不可能的。

请注意，错误消息引用了 'static生命周期。但是，如果你只是添加这个生命周期，你会得到一个不同的错误:

error: borrowed value does not live long enough
    &VEC.read().unwrap()[1]
     ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~
note: reference must be valid for the static lifetime...
note: ...but borrowed value is only valid for the block at [...]

这是因为编译器无法确保该值将持续整个程序长度。事实上，它只能确保它在函数调用期间持续。

作为程序员，您可能比编译器更了解(或认为您更了解)。这就是unsafe逃生舱口是为了。这允许您执行编译器无法验证的事情。它不会允许您破坏内存安全；确保内存安全完全取决于程序员而不是编译器。

在您的情况下，如果您可以保证向量中的项目从不 被丢弃，并且您总是使用Box ，那么假装对 Item 的引用应该是安全的是 'static .

A Box ed 值分配在堆上，内存在初始创建后永远不会移动。由于矢量中的项目没有被丢弃，Box永远不会被释放。

下面是实现该方法的详细示例:

fn get_a_certain_item() -> &'static Item {
    // Best practice: put a paragraph explaining why this isn't
    // actually unsafe.
    unsafe {
        let as_ref: &Box<Item> = &VEC.read().unwrap()[1];
        let as_ref2: &Item = &**as_ref;
        let as_raw = as_ref2 as *const _;
        let unsafe_ref = &* as_raw;
        unsafe_ref
    }
}

将引用转换为原始指针会丢弃生命周期。当我们重组它时，我们可以组成我们想要的任何生命。

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就其值(value)而言，我认为在这种情况下不值得。如果我真的有一个全局变量，我希望它在我的代码中处于最前沿和中心位置，因为我认为它是一个丑陋的疣。我更愿意创建一个拥有 RwLock<Vec<Box<Item>>> 的类型，创建该类型的全局变量，然后参数化我的代码以接受对该类型的引用。然后我在需要时锁定全局并将引用传递给函数。