rust - 为什么我必须将一个变量声明为可变的，以便内部函数修改它自己的内容？

Question

我有一个带有 load_rom 方法的 CPU 结构:

use std::fs::File;
use std::io::{self, Read};

pub struct CPU {
    pub mem: [u8; 4096],
    V: [u8; 16],
    I: u16,
    stack: [u16; 16],
    opcode: u16,
}

impl CPU {
    pub fn new() -> CPU {
        CPU {
            mem: [0; 4096],
            V: [0; 16],
            I: 0,
            stack: [0; 16],
            opcode: 0,
        }
    }
    pub fn load_rom(&self, filepath: &str) {
        let mut rom: Vec<u8> = Vec::new();
        let mut file = File::open(filepath).unwrap();
        file.read_to_end(&mut rom);

        for (i, mut byte) in rom.iter().enumerate() {
            self.mem[i] = *byte;
        }
    }
}

fn main() {}

这会产生错误:

error: cannot assign to immutable indexed content `self.mem[..]`
  --> src/main.rs:28:13
   |
28 |             self.mem[i] = *byte;
   |             ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

当我使用 let mut cpu = CPU::new(); 创建 CPU 并将 &mut self 传递给 load_rom 方法时，一切正常。

如果我在创建时不使用 mut，我会得到错误:

error: cannot borrow immutable local variable `cpu` as mutable
  --> src/main.rs:10:2
   |
9  |    let cpu = CPU::new();
   |        --- use `mut cpu` here to make mutable
10 |    cpu.load_rom("/Users/.../Code/Rust/chip8/src/roms/connect4.ch8");
   |    ^^^ cannot borrow mutably

我必须让 cpu 可变以便内部函数修改它自己的内容似乎不对。我真的必须将 cpu 声明为可变的吗？还是我遗漏了什么？

Answer 1

make cpu mutable in order for internal functions to modify its own contents

(强调我的)

Rust 是一种系统语言，这意味着它试图让您能够创建快速 和高效 代码。实现这一点的主要方法之一是提供对现有数据的引用而不是复制它。

Rust 也是一种安全语言，这(除其他事项外)意味着访问无效引用应该是不可能的。

要实现这两个目标，必须进行权衡。一些语言将安全检查转移到运行时，强制执行同步原语(例如互斥锁和 friend )或其他一些有趣的解决方案。有些语言完全避免了困惑，并选择禁止引用或不尝试保证安全。

Rust 与这些不同，它在编译时检查尽可能多的东西。这意味着编译器必须能够推断出内存片段何时何地可能发生变异。

如果它不知道这一点，那么您可能会获得对值中某些内容的引用，然后对该值调用使引用无效的变异方法。当您使用现在无效的引用时...BOOOOOM。您的程序在最好时会崩溃，或者在最坏时会泄漏信息或创建后门。

&mut self 向编译器表明此方法可能会改变其中的值。只有获取对已经可变的值的可变引用才有效，这由变量绑定(bind)上的 mut 关键字表示(此处为 mut cpu)。

但是，这不仅仅是对编译器有用。了解正在更改的内容对程序员也非常有值(value)。大型系统中的可变性增加了难以推理的复杂性，并且被迫明确列出某些内容何时可变和不可变可能会提供很多信息并释放精神。

了解 Rust 应用的 rules for borrowing 也很有用。这些将您限制为以下之一:

* one or more references (`&T`) to a resource,
* exactly one mutable reference (`&mut T`).

简而言之，这可以概括为“别名 XOR 可变性”。

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如果您的突变确实是内部的，那么您也可以使用 interior mutability ，例如使用 RefCell 或 Mutex 。您使用什么取决于您的需求和您想要存储的数据类型。

这些结构非常适合缓存等结构，您希望在其中“隐藏”外部的可变性。但是，这些也有局限性，因为必须缩短对数据的引用的生命周期，以继续提供“别名 XOR 可变性”保证以保持代码安全。

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对于您的具体问题，我同意评论者的观点，即 load_rom 接受 &mut self 是有意义的。它甚至可以被简化:

pub fn load_rom(&mut self, filepath: &str) {
    let mut file = File::open(filepath).unwrap();
    file.read_exact(&mut self.mem);
}

您可能希望在加载之前将所有旧数据清零。否则，如果您加载比第一个小的第二个 ROM，则第一个 ROM 中的数据可能会泄漏到第二个 (an actual bug from older computers / operating systems)。