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Drop释放资源

在Rust中，我们之所以可以一拳打跑GC的同时一脚踢翻手动资源回收，主要就归功于Drop特征，同时它也是智能指针的必备特征之一。

学习目标

如何自动和手动释放资源及执行指定的收尾工作

Rust中的资源回收

在一些无GC语言中，程序员在一个变量无需再被使用时，需要手动释放它占用的内存资源，如果忘记了，那么就会发生内存泄漏，最终臭名昭著的OOM问题可能就会发生。

而在Rust中，你可以指定在一个变量超出作用域时，执行一段特定的代码，最终编译器将帮你自动插入这段收尾代码。这样，就无需在每一个使用该变量的地方，都写一段代码来进行收尾工作和资源释放。不禁让人感叹，Rust的大腿真粗，香！

没错，指定这样一段收尾工作靠的就是咱这章的主角 - Drop特征。

一个不那么简单的Drop例子

struct HasDrop1;
struct HasDrop2;
impl Drop for HasDrop1 {
    fn drop(&mut self) {
        println!("Dropping HasDrop1!");
    }
}
impl Drop for HasDrop2 {
    fn drop(&mut self) {
        println!("Dropping HasDrop2!");
    }
}
struct HasTwoDrops {
    one: HasDrop1,
    two: HasDrop2,
}
impl Drop for HasTwoDrops {
    fn drop(&mut self) {
        println!("Dropping HasTwoDrops!");
    }
}

struct Foo;

impl Drop for Foo {
    fn drop(&mut self) {
        println!("Dropping Foo!")
    }
}


fn main() {
    let _x = HasTwoDrops {  two: HasDrop2 ,one: HasDrop1,};
    let _foo = Foo;
    println!("Running!");
}

上面代码虽然长，但是目的其实很单纯，就是为了观察不同情况下的Drop，变量级别的、结构体内部字段的, 有几点值得注意：

Drop特征中的drop方法借用了目标的可变引用，而不是拿走了所有权，这里先设置一个悬念，后边会讲
结构体中每个字段都有自己的Drop

来看看输出:

Running!
Dropping Foo!
Dropping HasTwoDrops!
Dropping HasDrop1!
Dropping HasDrop2!

嗯，结果符合预期，每个资源都成功的执行了收尾工作，虽然println!这种收尾工作毫无意义 = , =

Drop的顺序

观察以上输出，我们可以得出以下关于Drop顺序的结论

变量级别，按照逆序的方式,_x在_foo之前创建，因此_x在_foo之后被drop
结构体内部，按照顺序的方式, 结构体_x中的字段按照定义中的顺序依次drop

没有实现Drop的结构体

实际上，就算你不为_x结构体实现Drop特征，它内部的两个字段依然会调用drop，移除以下代码，并观察输出：

impl Drop for HasTwoDrops {
    fn drop(&mut self) {
        println!("Dropping HasTwoDrops!");
    }
}

原因在于，Rust自动为几乎所有类型都实现了Drop特征，因此就算你不手动为结构体实现Drop，它依然会调用默认实现的drop函数，同时再调用每个字段的drop方法，最终打印出:

Dropping HasDrop1!
Dropping HasDrop2!

手动回收

当使用智能指针来管理锁的时候，你可能希望提前释放这个锁，然后让其它代码能及时获得锁，此时就需要提前去手动drop。但是在之前我们提到一个悬念，就是Drop::drop只是借用了目标值的可变引用，就算你提前调用了该方法，但是后面的代码依然可以使用目标值，这就会访问一个并不存在的值，非常不安全，好在Rust会阻止你：

#[derive(Debug)]
struct Foo;

impl Drop for Foo {
    fn drop(&mut self) {
        println!("Dropping Foo!")
    }
}

fn main() {
    let foo = Foo;
    foo.drop();
    println!("Running!:{:?}", foo);
}

报错如下：

error[E0040]: explicit use of destructor method
  --> src/main.rs:37:9
   |
37 |     foo.drop();
   |     ----^^^^--
   |     |   |
   |     |   explicit destructor calls not allowed
   |     help: consider using `drop` function: `drop(foo)`

如上所示，编译器直接阻止了我们调用Drop特征的drop方法，原因是该方法是析构函数，这是一个用来清理实例的通用编程概念，对于Rust而言，不允许显式的调用析构函数。好在在报错的同时，编译器还给出了一个提示：使用drop函数。

针对编译器提示的drop函数，我们可以大胆推测下：它能够拿走目标值的所有权。现在来看看这个猜测正确与否，以下是std::mem::drop函数的签名：

pub fn drop<T>(_x: T)

如上所示，drop函数确实拿走了目标值的所有权，来验证下：

fn main() {
    let foo = Foo;
    drop(foo);
    // 以下代码会报错：借用了所有权被转移的值
    // println!("Running!:{:?}", foo);
}

Bingo，完美拿走了所有权，而且这种实现保证了后续的使用必定会导致编译错误，因此非常安全！

细心的同学可能已经注意到，这里直接调用了drop函数，并没有引入任何模块信息，原因是该函数在std::prelude里。

Drop使用场景

对于Drop而言，主要有两个功能：

回收内存资源
执行一些收尾工作

对于第二点，在之前我们已经详细介绍过，因此这里主要对第一点进行下简单说明。

在绝大多数情况下，我们都无需手动去drop以回收内存资源，因为Rust会自动帮我们完成这些工作，它甚至会对复杂类型的每个字段都单独的调用drop进行回收！但是确实有极少数情况，需要你自己来回收资源的，例如文件描述符、网络socket等，当这些值超出作用域不再使用时，就需要进行关闭以释放相关的资源，在这些情况下，就需要使用者自己来解决Drop的问题。

互斥的Copy和Drop

我们无法为一个类型同时实现Copy和Drop特征。因为实现了Copy的特征会被编译器隐式的复制，因此非常难以预测析构函数执行的时间和频率。因此这些实现了Copy的类型无法拥有析构函数。

#[derive(Copy)]
struct Foo;

impl Drop for Foo {
    fn drop(&mut self) {
        println!("Dropping Foo!")
    }
}

以下代码报错如下:

error[E0184]: the trait `Copy` may not be implemented for this type; the type has a destructor
  --> src/main.rs:24:10
   |
24 | #[derive(Copy)]
   |          ^^^^ Copy not allowed on types with destructors

总结

Drop可以用于许多方面，来使得资源清理及收尾工作变得方便和安全，甚至可以用其创建我们自己的内存分配器！通过Drop特征和 Rust 所有权系统，你无需担心之后的代码清理，Rust 会自动考虑这些问题。

我们也无需担心意外的清理掉仍在使用的值，这会造成编译器错误：所有权系统确保引用总是有效的，也会确保drop只会在值不再被使用时被调用一次。

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