add陷阱系列

pull/107/head
sunface 3 years ago
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@ -1,6 +1,149 @@
# 多可变引用 # 代码重构导致的可变借用错误
相信大家都听说过**重构一时爽,一直重构一直爽**的说法私以为这种说法是很有道理的不然技术团队绩效从何而来但是在Rust中重构可能就不是那么爽快的事了不信咱们来看看。
https://oribenshir.github.io/afternoon_rusting//blog/mutable-reference ## 欣赏下报错
很多时候,错误也是一种美,但是当这种错误每天都能见到时(呕):
```css
error[E0499]: cannot borrow `*self` as mutable more than once at a time
```
虽然这一类错误长得一样,但是我这里的错误可能并不是大家常遇到的那些妖艳错误,废话不多说,一起来看看。
## 重构前的正确代码
```rust
struct Test {
a : u32,
b : u32
}
impl Test {
fn increase(&mut self) {
let mut a = &mut self.a;
let mut b = &mut self.b;
*b += 1;
*a += 1;
}
}
```
这段代码是可以正常编译的,也许有读者会有疑问,`self`在这里被两个变量以可变的方式借用了明明违反了Rust的所有权规则为何它不会报错
答案要从很久很久之前开始(啊哒~~~由于我太啰嗦,被正义群众来了一下,那咱现在开始长话短说,直接进入主题)。
#### 正确代码为何不报错?
虽然从表面来看,`a`和`b`都可变引用了`self`但是Rust的编译器在很多时候都足够聪明它发现我们其实仅仅引用了同一个结构体中的不同字段因此完全可以将其的借用权分离开来。
因此,虽然我们不能同时对整个结构体进行可变引用,但是我们可以分别对结构体中的不同字段进行可变引用,当然,一个字段至多也只能存在一个可变引用,这个最基本的所有权规则还是不能违反的。变量`a`引用结构体字段`a`,变量`b`引用结构体字段`b`,从底层来说,这种方式也不会造成两个可变引用指向了同一块内存。
至此,正确代码我们已经挖掘完毕,再来看看重构后的错误代码。
## 重构后的错误代码
由于领导说我们这个函数没办法复用,那就敷衍一下呗:
```rust
struct Test {
a : u32,
b : u32
}
impl Test {
fn increase_a (&mut self) {
self.a += 1;
}
fn increase(&mut self) {
let b = &mut self.b;
self.increase_a();
*b += 1;
}
}
```
既然领导说了,咱照做,反正他也没说怎么个复用法,咱就来个简单的,把`a`的递增部分复用下。
代码说实话。。。更丑了,但是更强了吗?
```console
error[E0499]: cannot borrow `*self` as mutable more than once at a time
--> src/main.rs:14:9
|
13 | let b = &mut self.b;
| ----------- first mutable borrow occurs here
14 | self.increase_a();
| ^^^^ second mutable borrow occurs here
15 | *b += 1;
| ------- first borrow later used here
```
嗯,最开始提到的错误,它终于出现了。
## 大聪明编译器
为什么?明明之前还是正确的代码,就因为放入函数中就报错了?我们先从一个简单的理解谈起,当然这个理解也是浮于表面的,等会会深入分析真实的原因。
之前讲到Rust编译器挺聪明可以识别到引用到不同的结构体字段因此不会报错。但是现在这种情况下编译器又不够聪明了一旦放入函数中编译器将无法理解我们对`self`的使用:它仅仅用到了一个字段,而不是整个结构体。
因此它会简单的认为,这个结构体作为一个整体被可变借用了,产生两个可变引用,一个引用整个结构体,一个引用了结构体字段`b`,这两个引用存在重叠的部分,最终导致编译错误。
## 被冤枉的编译器
在工作生活中,我们无法理解甚至错误的理解一件事,有时是因为层次不够导致的。同样,对于本文来说,也是因为我们对编译器的所知不够,才冤枉了它,还给它起了一个屈辱的“大聪明”外号。
#### 深入分析
> 如果只改变相关函数的实现而不改变它的签名,那么不会影响编译的结果
何为相关函数?当函数`a`调用了函数`b`,那么`b`就是`a`的相关函数。
上面这句是一条非常重要的编译准则,意思是,对于编译器来说,只要函数签名没有变,那么任何函数实现的修改都不会影响已有的编译结果(前提是函数实现没有错误- , -)。
以前面的代码为例:
```rust
fn increase_a (&mut self) {
self.a += 1;
}
fn increase(&mut self) {
let b = &mut self.b;
self.increase_a();
*b += 1;
}
```
虽然`increase_a`在函数实现中没有访问`self.b`字段,但是它的签名允许它访问`b`,因此违背了借用规则。事实上,该函数有没有访问`b`不重要,**因为编译器在这里只关心签名,签名存在可能性,那么就立刻报出错误**。
为何会有这种编译器行为,主要有两个原因:
1. 一般来说,我们希望编译器有能力独立的编译每个函数,而无需深入到相关函数的内部实现,因为这样做会带来快得多的编译速度。
2. 如果没有这种保证,那么在实际项目开发中,我们会特别容易遇到各种错误。 假设我们要求编译器不仅仅关注相关函数的签名还要深入其内部关注实现那么由于Rust严苛的编译规则当你修改了某个函数内部实现的代码后可能会引起使用该函数的其它函数的各种错误对于大型项目来说这几乎是不可接受的
然后我们的借用类型这么简单编译器有没有可能针对这种场景在现有的借用规则之外增加特殊规则答案是否定的由于Rust语言的设计哲学特殊规则的加入需要慎之又慎而我们的这种情况其实还蛮好解决的因此编译器不会为此新增规则。
## 解决办法
在深入分析中,我们提到一条重要的规则,要影响编译行为,就需要更改相关函数的签名,因此可以修改`increate_a`的签名:
```rust
fn increase_a (a :&mut u32) {
*a += 1;
}
fn increase(&mut self) {
let b = &mut self.b;
Test::increase_a(&mut self.a);
*b += 1;
}
```
此时,`increase_a`这个相关函数,不再使用`&mut self`作为签名,而是获取了结构体中的字段`a`,此时编译器又可以清晰的知道:函数`increase_a`和变量`b`分别引用了结构体中的不同字段,因此可以编译通过。
当然,除了修改相关函数的签名,你还可以修改调用者的实现:
```rust
fn increase(&mut self) {
self.increase_a();
self.b += 1;
}
```
在这里,我们不再单独声明变量`b`,而是直接调用`self.b+=1`进行递增,根据借用生命周期[NLL](https://course.rs/advance/lifetime/advance.html#nllnon-lexical-lifetime)的规则,第一个可变借用`self.increase_a()`的生命周期随着方法调用的结束而结束,那么就不会影响`self.b += 1`中的借用。
## 总结
心中有剑,手中无剑,是武学至高境界,对于代码而言,亦是如此,当你掌握了内在的原理,就算遇到了未知,也能运用这些原理分析和解决。
https://oribenshir.github.io/afternoon_rusting//blog/mutable-reference
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