06-借东西：引用与借用

借东西：引用与借用

原理

引用（Reference）在底层是裸指针（pointer）加编译期约束。&T 编译后就是一个 *const T，&mut T 是 *mut T，零运行时开销。但借用检查器（borrow checker）为它们加了严格的别名规则。

核心规则来自编译器 NLL（Non-Lexical Lifetimes）分析：

• 任意时刻，要么一个可变引用（&mut），要么多个不可变引用（&），不能共存
• 引用的生命周期不能超过被引用数据的生命周期

这条规则的根本目的是防止数据竞争和悬垂指针。LLVM 的 noalias 属性由此获得保证，启用大量优化。违反规则导致编译错误，而非运行时崩溃。

&str 是宽指针（2*usize: ptr + len），指向 UTF-8 字节序列。&String 通过 Deref trait 自动转型为 &str。两者均不拥有数据。

C: 引用与指针对比
C: 指针

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语法

创建引用

let s = String::from("hello");
let r = &s;          // 不可变引用
let mut m = s;
let rm = &mut m;     // 可变引用

解引用

let x = 5;
let r = &x;
assert_eq!(5, *r);   // * 显式解引用
println!("{}", r);   // 打印自动解引用

借用规则

规则	含义
多个 &T	可同时存在（共享借用）
单一 &mut T	唯一可变引用（独占借用）
&T 和 &mut T	不能共存

let mut s = String::from("hi");
let r1 = &s;
let r2 = &s;        // 合法：多个不可变引用
// let r3 = &mut s; // 错误：已有不可变引用存在
println!("{} {}", r1, r2);
let r3 = &mut s;    // 合法：r1 和 r2 已不再使用

函数参数中的引用

fn len(s: &String) -> usize { s.len() }       // 只读借用
fn append(s: &mut String) { s.push_str("!"); } // 可变借用
 
let mut s = String::from("hello");
len(&s);
append(&mut s);

悬垂引用（编译器阻止）

// fn dangle() -> &String {
//     let s = String::from("hi");
//     &s  // 错误：s 被释放后引用悬空
// }

String vs &str

类型	所有权	可变	大小
String	拥有数据	是	24B（ptr+len+cap）
&str	借用	否	16B（ptr+len）
&String	借用	否	8B（单指针）→ Deref 为 &str

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实践

力扣问题

力扣: 力扣字符串处理题 — 涉及字符串切片

fn main() {
    let mut input = String::new();
    std::io::stdin().read_line(&mut input).unwrap();
    let mut s = String::from(input.trim());
    // 操作 &s[..] 和 &mut s
}

AI 自检

1. &mut 为何不能与 & 共存？从 CPU 缓存一致性和 LLVM noalias 优化角度解释。
2. &str 与 &String 在栈上的字节数分别是多少？为什么后者可通过 Deref 自动转换？