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<!DOCTYPE HTML>
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<html lang="zh-CN" class="light sidebar-visible" dir="ltr">
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<head>
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<!-- Book generated using mdBook -->
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<meta charset="UTF-8">
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<title>所有权 - Rust语言圣经(Rust Course)</title>
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<!-- Custom HTML head -->
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<meta name="description" content="">
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<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">
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<meta name="theme-color" content="#ffffff">
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<link rel="icon" href="../../favicon-de23e50b.svg">
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<link rel="shortcut icon" href="../../favicon-8114d1fc.png">
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<link rel="stylesheet" href="../../css/variables-8adf115d.css">
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<link rel="stylesheet" href="../../css/general-2459343d.css">
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<link rel="stylesheet" href="../../css/chrome-ae938929.css">
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<link rel="stylesheet" href="../../css/print-9e4910d8.css" media="print">
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<!-- Fonts -->
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<link rel="stylesheet" href="../../fonts/fonts-9644e21d.css">
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<!-- Highlight.js Stylesheets -->
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<link rel="stylesheet" id="mdbook-highlight-css" href="../../highlight-493f70e1.css">
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<link rel="stylesheet" id="mdbook-tomorrow-night-css" href="../../tomorrow-night-4c0ae647.css">
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<link rel="stylesheet" id="mdbook-ayu-highlight-css" href="../../ayu-highlight-3fdfc3ac.css">
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<!-- Custom theme stylesheets -->
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<link rel="stylesheet" href="../../theme/style-78591068.css">
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<!-- Provide site root and default themes to javascript -->
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<script>
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const path_to_root = "../../";
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const default_light_theme = "light";
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const default_dark_theme = "navy";
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window.path_to_searchindex_js = "../../searchindex-4a1a74fa.js";
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</script>
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<!-- Start loading toc.js asap -->
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<script src="../../toc-42887675.js"></script>
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</head>
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<body>
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<div id="mdbook-help-container">
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<div id="mdbook-help-popup">
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<h2 class="mdbook-help-title">Keyboard shortcuts</h2>
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<div>
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<p>Press <kbd>←</kbd> or <kbd>→</kbd> to navigate between chapters</p>
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<p>Press <kbd>S</kbd> or <kbd>/</kbd> to search in the book</p>
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<p>Press <kbd>?</kbd> to show this help</p>
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<p>Press <kbd>Esc</kbd> to hide this help</p>
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</div>
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</div>
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</div>
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<div id="mdbook-body-container">
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<!-- Work around some values being stored in localStorage wrapped in quotes -->
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<script>
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try {
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let theme = localStorage.getItem('mdbook-theme');
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let sidebar = localStorage.getItem('mdbook-sidebar');
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if (theme.startsWith('"') && theme.endsWith('"')) {
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localStorage.setItem('mdbook-theme', theme.slice(1, theme.length - 1));
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}
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if (sidebar.startsWith('"') && sidebar.endsWith('"')) {
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localStorage.setItem('mdbook-sidebar', sidebar.slice(1, sidebar.length - 1));
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}
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} catch (e) { }
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</script>
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<!-- Set the theme before any content is loaded, prevents flash -->
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<script>
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const default_theme = window.matchMedia("(prefers-color-scheme: dark)").matches ? default_dark_theme : default_light_theme;
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let theme;
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try { theme = localStorage.getItem('mdbook-theme'); } catch(e) { }
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if (theme === null || theme === undefined) { theme = default_theme; }
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const html = document.documentElement;
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html.classList.remove('light')
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html.classList.add(theme);
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html.classList.add("js");
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</script>
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<input type="checkbox" id="mdbook-sidebar-toggle-anchor" class="hidden">
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<!-- Hide / unhide sidebar before it is displayed -->
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<script>
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let sidebar = null;
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const sidebar_toggle = document.getElementById("mdbook-sidebar-toggle-anchor");
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if (document.body.clientWidth >= 1080) {
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try { sidebar = localStorage.getItem('mdbook-sidebar'); } catch(e) { }
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sidebar = sidebar || 'visible';
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} else {
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sidebar = 'hidden';
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sidebar_toggle.checked = false;
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}
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if (sidebar === 'visible') {
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sidebar_toggle.checked = true;
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} else {
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html.classList.remove('sidebar-visible');
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}
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</script>
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<nav id="mdbook-sidebar" class="sidebar" aria-label="Table of contents">
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<!-- populated by js -->
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<mdbook-sidebar-scrollbox class="sidebar-scrollbox"></mdbook-sidebar-scrollbox>
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<noscript>
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<iframe class="sidebar-iframe-outer" src="../../toc.html"></iframe>
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</noscript>
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<div id="mdbook-sidebar-resize-handle" class="sidebar-resize-handle">
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<div class="sidebar-resize-indicator"></div>
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</div>
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</nav>
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<div id="mdbook-page-wrapper" class="page-wrapper">
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<div class="page">
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<div id="mdbook-menu-bar-hover-placeholder"></div>
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<div id="mdbook-menu-bar" class="menu-bar sticky">
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<div class="left-buttons">
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<label id="mdbook-sidebar-toggle" class="icon-button" for="mdbook-sidebar-toggle-anchor" title="Toggle Table of Contents" aria-label="Toggle Table of Contents" aria-controls="mdbook-sidebar">
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<span class=fa-svg><svg xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" viewBox="0 0 448 512"><!--! Font Awesome Free 6.2.0 by @fontawesome - https://fontawesome.com License - https://fontawesome.com/license/free (Icons: CC BY 4.0, Fonts: SIL OFL 1.1, Code: MIT License) Copyright 2022 Fonticons, Inc. --><path d="M0 96C0 78.3 14.3 64 32 64H416c17.7 0 32 14.3 32 32s-14.3 32-32 32H32C14.3 128 0 113.7 0 96zM0 256c0-17.7 14.3-32 32-32H416c17.7 0 32 14.3 32 32s-14.3 32-32 32H32c-17.7 0-32-14.3-32-32zM448 416c0 17.7-14.3 32-32 32H32c-17.7 0-32-14.3-32-32s14.3-32 32-32H416c17.7 0 32 14.3 32 32z"/></svg></span>
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</label>
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<button id="mdbook-theme-toggle" class="icon-button" type="button" title="Change theme" aria-label="Change theme" aria-haspopup="true" aria-expanded="false" aria-controls="mdbook-theme-list">
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<span class=fa-svg><svg xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" viewBox="0 0 576 512"><!--! Font Awesome Free 6.2.0 by @fontawesome - https://fontawesome.com License - https://fontawesome.com/license/free (Icons: CC BY 4.0, Fonts: SIL OFL 1.1, Code: MIT License) Copyright 2022 Fonticons, Inc. --><path d="M371.3 367.1c27.3-3.9 51.9-19.4 67.2-42.9L600.2 74.1c12.6-19.5 9.4-45.3-7.6-61.2S549.7-4.4 531.1 9.6L294.4 187.2c-24 18-38.2 46.1-38.4 76.1L371.3 367.1zm-19.6 25.4l-116-104.4C175.9 290.3 128 339.6 128 400c0 3.9 .2 7.8 .6 11.6c1.8 17.5-10.2 36.4-27.8 36.4H96c-17.7 0-32 14.3-32 32s14.3 32 32 32H240c61.9 0 112-50.1 112-112c0-2.5-.1-5-.2-7.5z"/></svg></span>
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</button>
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<ul id="mdbook-theme-list" class="theme-popup" aria-label="Themes" role="menu">
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<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="mdbook-theme-default_theme">Auto</button></li>
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<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="mdbook-theme-light">Light</button></li>
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<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="mdbook-theme-rust">Rust</button></li>
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<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="mdbook-theme-coal">Coal</button></li>
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<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="mdbook-theme-navy">Navy</button></li>
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<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="mdbook-theme-ayu">Ayu</button></li>
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</ul>
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<button id="mdbook-search-toggle" class="icon-button" type="button" title="Search (`/`)" aria-label="Toggle Searchbar" aria-expanded="false" aria-keyshortcuts="/ s" aria-controls="mdbook-searchbar">
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<span class=fa-svg><svg xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" viewBox="0 0 512 512"><!--! Font Awesome Free 6.2.0 by @fontawesome - https://fontawesome.com License - https://fontawesome.com/license/free (Icons: CC BY 4.0, Fonts: SIL OFL 1.1, Code: MIT License) Copyright 2022 Fonticons, Inc. --><path d="M416 208c0 45.9-14.9 88.3-40 122.7L502.6 457.4c12.5 12.5 12.5 32.8 0 45.3s-32.8 12.5-45.3 0L330.7 376c-34.4 25.2-76.8 40-122.7 40C93.1 416 0 322.9 0 208S93.1 0 208 0S416 93.1 416 208zM208 352c79.5 0 144-64.5 144-144s-64.5-144-144-144S64 128.5 64 208s64.5 144 144 144z"/></svg></span>
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</button>
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</div>
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<h1 class="menu-title">Rust语言圣经(Rust Course)</h1>
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<div class="right-buttons">
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<a href="../../print.html" title="Print this book" aria-label="Print this book">
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<span class=fa-svg id="print-button"><svg xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" viewBox="0 0 512 512"><!--! Font Awesome Free 6.2.0 by @fontawesome - https://fontawesome.com License - https://fontawesome.com/license/free (Icons: CC BY 4.0, Fonts: SIL OFL 1.1, Code: MIT License) Copyright 2022 Fonticons, Inc. --><path d="M128 0C92.7 0 64 28.7 64 64v96h64V64H354.7L384 93.3V160h64V93.3c0-17-6.7-33.3-18.7-45.3L400 18.7C388 6.7 371.7 0 354.7 0H128zM384 352v32 64H128V384 368 352H384zm64 32h32c17.7 0 32-14.3 32-32V256c0-35.3-28.7-64-64-64H64c-35.3 0-64 28.7-64 64v96c0 17.7 14.3 32 32 32H64v64c0 35.3 28.7 64 64 64H384c35.3 0 64-28.7 64-64V384zm-16-88c-13.3 0-24-10.7-24-24s10.7-24 24-24s24 10.7 24 24s-10.7 24-24 24z"/></svg></span>
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</a>
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<a href="https://github.com/sunface/rust-course" title="Git repository" aria-label="Git repository">
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<span class=fa-svg><svg xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" viewBox="0 0 496 512"><!--! Font Awesome Free 6.2.0 by @fontawesome - https://fontawesome.com License - https://fontawesome.com/license/free (Icons: CC BY 4.0, Fonts: SIL OFL 1.1, Code: MIT License) Copyright 2022 Fonticons, Inc. --><path d="M165.9 397.4c0 2-2.3 3.6-5.2 3.6-3.3.3-5.6-1.3-5.6-3.6 0-2 2.3-3.6 5.2-3.6 3-.3 5.6 1.3 5.6 3.6zm-31.1-4.5c-.7 2 1.3 4.3 4.3 4.9 2.6 1 5.6 0 6.2-2s-1.3-4.3-4.3-5.2c-2.6-.7-5.5.3-6.2 2.3zm44.2-1.7c-2.9.7-4.9 2.6-4.6 4.9.3 2 2.9 3.3 5.9 2.6 2.9-.7 4.9-2.6 4.6-4.6-.3-1.9-3-3.2-5.9-2.9zM244.8 8C106.1 8 0 113.3 0 252c0 110.9 69.8 205.8 169.5 239.2 12.8 2.3 17.3-5.6 17.3-12.1 0-6.2-.3-40.4-.3-61.4 0 0-70 15-84.7-29.8 0 0-11.4-29.1-27.8-36.6 0 0-22.9-15.7 1.6-15.4 0 0 24.9 2 38.6 25.8 21.9 38.6 58.6 27.5 72.9 20.9 2.3-16 8.8-27.1 16-33.7-55.9-6.2-112.3-14.3-112.3-110.5 0-27.5 7.6-41.3 23.6-58.9-2.6-6.5-11.1-33.3 2.6-67.9 20.9-6.5 69 27 69 27 20-5.6 41.5-8.5 62.8-8.5s42.8 2.9 62.8 8.5c0 0 48.1-33.6 69-27 13.7 34.7 5.2 61.4 2.6 67.9 16 17.7 25.8 31.5 25.8 58.9 0 96.5-58.9 104.2-114.8 110.5 9.2 7.9 17 22.9 17 46.4 0 33.7-.3 75.4-.3 83.6 0 6.5 4.6 14.4 17.3 12.1C428.2 457.8 496 362.9 496 252 496 113.3 383.5 8 244.8 8zM97.2 352.9c-1.3 1-1 3.3.7 5.2 1.6 1.6 3.9 2.3 5.2 1 1.3-1 1-3.3-.7-5.2-1.6-1.6-3.9-2.3-5.2-1zm-10.8-8.1c-.7 1.3.3 2.9 2.3 3.9 1.6 1 3.6.7 4.3-.7.7-1.3-.3-2.9-2.3-3.9-2-.6-3.6-.3-4.3.7zm32.4 35.6c-1.6 1.3-1 4.3 1.3 6.2 2.3 2.3 5.2 2.6 6.5 1 1.3-1.3.7-4.3-1.3-6.2-2.2-2.3-5.2-2.6-6.5-1zm-11.4-14.7c-1.6 1-1.6 3.6 0 5.9 1.6 2.3 4.3 3.3 5.6 2.3 1.6-1.3 1.6-3.9 0-6.2-1.4-2.3-4-3.3-5.6-2z"/></svg></span>
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</a>
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<a href="https://github.com/sunface/rust-course/edit/main/src/basic/ownership/ownership.md" title="Suggest an edit" aria-label="Suggest an edit" rel="edit">
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<span class=fa-svg id="git-edit-button"><svg xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" viewBox="0 0 512 512"><!--! Font Awesome Free 6.2.0 by @fontawesome - https://fontawesome.com License - https://fontawesome.com/license/free (Icons: CC BY 4.0, Fonts: SIL OFL 1.1, Code: MIT License) Copyright 2022 Fonticons, Inc. --><path d="M421.7 220.3l-11.3 11.3-22.6 22.6-205 205c-6.6 6.6-14.8 11.5-23.8 14.1L30.8 511c-8.4 2.5-17.5 .2-23.7-6.1S-1.5 489.7 1 481.2L38.7 353.1c2.6-9 7.5-17.2 14.1-23.8l205-205 22.6-22.6 11.3-11.3 33.9 33.9 62.1 62.1 33.9 33.9zM96 353.9l-9.3 9.3c-.9 .9-1.6 2.1-2 3.4l-25.3 86 86-25.3c1.3-.4 2.5-1.1 3.4-2l9.3-9.3H112c-8.8 0-16-7.2-16-16V353.9zM453.3 19.3l39.4 39.4c25 25 25 65.5 0 90.5l-14.5 14.5-22.6 22.6-11.3 11.3-33.9-33.9-62.1-62.1L314.3 67.7l11.3-11.3 22.6-22.6 14.5-14.5c25-25 65.5-25 90.5 0z"/></svg></span>
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</a>
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<div id="mdbook-search-wrapper" class="hidden">
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<input type="search" id="mdbook-searchbar" name="searchbar" placeholder="Search this book ..." aria-controls="mdbook-searchresults-outer" aria-describedby="searchresults-header">
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<div class="spinner-wrapper">
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<span class=fa-svg id="fa-spin"><svg xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" viewBox="0 0 512 512"><!--! Font Awesome Free 6.2.0 by @fontawesome - https://fontawesome.com License - https://fontawesome.com/license/free (Icons: CC BY 4.0, Fonts: SIL OFL 1.1, Code: MIT License) Copyright 2022 Fonticons, Inc. --><path d="M304 48c0-26.5-21.5-48-48-48s-48 21.5-48 48s21.5 48 48 48s48-21.5 48-48zm0 416c0-26.5-21.5-48-48-48s-48 21.5-48 48s21.5 48 48 48s48-21.5 48-48zM48 304c26.5 0 48-21.5 48-48s-21.5-48-48-48s-48 21.5-48 48s21.5 48 48 48zm464-48c0-26.5-21.5-48-48-48s-48 21.5-48 48s21.5 48 48 48s48-21.5 48-48zM142.9 437c18.7-18.7 18.7-49.1 0-67.9s-49.1-18.7-67.9 0s-18.7 49.1 0 67.9s49.1 18.7 67.9 0zm0-294.2c18.7-18.7 18.7-49.1 0-67.9S93.7 56.2 75 75s-18.7 49.1 0 67.9s49.1 18.7 67.9 0zM369.1 437c18.7 18.7 49.1 18.7 67.9 0s18.7-49.1 0-67.9s-49.1-18.7-67.9 0s-18.7 49.1 0 67.9z"/></svg></span>
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</div>
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<!-- Apply ARIA attributes after the sidebar and the sidebar toggle button are added to the DOM -->
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<script>
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document.getElementById('mdbook-sidebar-toggle').setAttribute('aria-expanded', sidebar === 'visible');
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document.getElementById('mdbook-sidebar').setAttribute('aria-hidden', sidebar !== 'visible');
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Array.from(document.querySelectorAll('#mdbook-sidebar a')).forEach(function(link) {
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link.setAttribute('tabIndex', sidebar === 'visible' ? 0 : -1);
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});
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</script>
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<div id="mdbook-content" class="content">
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<main>
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<h1 id="所有权"><a class="header" href="#所有权">所有权</a></h1>
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<p>所有的程序都必须和计算机内存打交道，如何从内存中申请空间来存放程序的运行内容，如何在不需要的时候释放这些空间，成了重中之重，也是所有编程语言设计的难点之一。在计算机语言不断演变过程中，出现了三种流派：</p>
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<ul>
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<li><strong>垃圾回收机制(GC)</strong>，在程序运行时不断寻找不再使用的内存，典型代表：Java、Go</li>
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<li><strong>手动管理内存的分配和释放</strong>, 在程序中，通过函数调用的方式来申请和释放内存，典型代表：C++</li>
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<li><strong>通过所有权来管理内存</strong>，编译器在编译时会根据一系列规则进行检查</li>
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</ul>
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<p>其中 Rust 选择了第三种，最妙的是，这种检查只发生在编译期，因此对于程序运行期，不会有任何性能上的损失。</p>
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<p>由于所有权是一个新概念，因此读者需要花费一些时间来掌握它，一旦掌握，海阔天空任你飞跃，在本章，我们将通过 <code>字符串</code> 来引导讲解所有权的相关知识。</p>
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<h2 id="一段不安全的代码"><a class="header" href="#一段不安全的代码">一段不安全的代码</a></h2>
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<p>先来看看一段来自 C 语言的糟糕代码：</p>
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<pre><code class="language-c">int* foo() {
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int a; // 变量a的作用域开始
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a = 100;
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char *c = "xyz"; // 变量c的作用域开始
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return &a;
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} // 变量a和c的作用域结束
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</code></pre>
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<p>这段代码虽然可以编译通过，但是其实非常糟糕，变量 <code>a</code> 和 <code>c</code> 都是局部变量，函数结束后将局部变量 <code>a</code> 的地址返回，但局部变量 <code>a</code> 存在栈中，在离开作用域后，<code>a</code> 所申请的栈上内存都会被系统回收，从而造成了 <code>悬空指针(Dangling Pointer)</code> 的问题。这是一个非常典型的内存安全问题，虽然编译可以通过，但是运行的时候会出现错误，很多编程语言都存在。</p>
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<p>再来看变量 <code>c</code>，<code>c</code> 的值是常量字符串，存储于常量区，可能这个函数我们只调用了一次，也可能我们不再会使用这个字符串，但 <code>"xyz"</code> 只有当整个程序结束后系统才能回收这片内存。</p>
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<p>所以内存安全问题，一直都是程序员非常头疼的问题，好在，在 Rust 中这些问题即将成为历史，因为 Rust 在编译的时候就可以帮助我们发现内存不安全的问题，那 Rust 如何做到这一点呢？</p>
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<p>在正式进入主题前，先来一个预热知识。</p>
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<h2 id="栈stack与堆heap"><a class="header" href="#栈stack与堆heap">栈(Stack)与堆(Heap)</a></h2>
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<p>栈和堆是编程语言最核心的数据结构，但是在很多语言中，你并不需要深入了解栈与堆。 但对于 Rust 这样的系统编程语言，值是位于栈上还是堆上非常重要，因为这会影响程序的行为和性能。</p>
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<p>栈和堆的核心目标就是为程序在运行时提供可供使用的内存空间。</p>
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<h4 id="栈"><a class="header" href="#栈">栈</a></h4>
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<p>栈按照顺序存储值并以相反顺序取出值，这也被称作<strong>后进先出</strong>。想象一下一叠盘子：当增加更多盘子时，把它们放在盘子堆的顶部，当需要盘子时，再从顶部拿走。不能从中间也不能从底部增加或拿走盘子！</p>
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<p>增加数据叫做<strong>进栈</strong>，移出数据则叫做<strong>出栈</strong>。</p>
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<p>因为上述的实现方式，栈中的所有数据都必须占用已知且固定大小的内存空间，假设数据大小是未知的，那么在取出数据时，你将无法取到你想要的数据。</p>
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<h4 id="堆"><a class="header" href="#堆">堆</a></h4>
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<p>与栈不同，对于大小未知或者可能变化的数据，我们需要将它存储在堆上。</p>
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<p>当向堆上放入数据时，需要请求一定大小的内存空间。操作系统在堆的某处找到一块足够大的空位，把它标记为已使用，并返回一个表示该位置地址的<strong>指针</strong>，该过程被称为<strong>在堆上分配内存</strong>，有时简称为 “分配”(allocating)。</p>
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<p>接着，该指针会被推入<strong>栈</strong>中，因为指针的大小是已知且固定的，在后续使用过程中，你将通过栈中的<strong>指针</strong>，来获取数据在堆上的实际内存位置，进而访问该数据。</p>
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<p>由上可知，堆是一种缺乏组织的数据结构。想象一下去餐馆就座吃饭：进入餐馆，告知服务员有几个人，然后服务员找到一个够大的空桌子（堆上分配的内存空间）并领你们过去。如果有人来迟了，他们也可以通过桌号（栈上的指针）来找到你们坐在哪。</p>
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<h4 id="性能区别"><a class="header" href="#性能区别">性能区别</a></h4>
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<p>在栈上分配内存比在堆上分配内存要快，因为入栈时操作系统无需进行函数调用（或更慢的系统调用）来分配新的空间，只需要将新数据放入栈顶即可。相比之下，在堆上分配内存则需要更多的工作，这是因为操作系统必须首先找到一块足够存放数据的内存空间，接着做一些记录为下一次分配做准备，如果当前进程分配的内存页不足时，还需要进行系统调用来申请更多内存。
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因此，处理器在栈上分配数据会比在堆上分配数据更加高效。</p>
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<h4 id="所有权与堆栈"><a class="header" href="#所有权与堆栈">所有权与堆栈</a></h4>
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<p>当你的代码调用一个函数时，传递给函数的参数（包括可能指向堆上数据的指针和函数的局部变量）依次被压入栈中，当函数调用结束时，这些值将被从栈中按照相反的顺序依次移除。</p>
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<p>因为堆上的数据缺乏组织，因此跟踪这些数据何时分配和释放是非常重要的，否则堆上的数据将产生内存泄漏 —— 这些数据将永远无法被回收。这就是 Rust 所有权系统为我们提供的强大保障。</p>
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<p>对于其他很多编程语言，你确实无需理解堆栈的原理，但是<strong>在 Rust 中，明白堆栈的原理，对于我们理解所有权的工作原理会有很大的帮助</strong>。</p>
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<h2 id="所有权原则"><a class="header" href="#所有权原则">所有权原则</a></h2>
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<p>理解了堆栈，接下来看一下<em>关于所有权的规则</em>，首先请谨记以下规则：</p>
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<ol>
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<li>Rust 中每一个值都被一个变量所拥有，该变量被称为值的所有者</li>
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<li>一个值同时只能被一个变量所拥有，或者说一个值只能拥有一个所有者</li>
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<li>当所有者（变量）离开作用域范围时，这个值将被丢弃(drop)</li>
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</ol>
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</blockquote>
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<h4 id="变量作用域"><a class="header" href="#变量作用域">变量作用域</a></h4>
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<p>作用域是一个变量在程序中有效的范围，假如有这样一个变量：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021"><span class="boring">#![allow(unused)]
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</span><span class="boring">fn main() {
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</span>let s = "hello";
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<span class="boring">}</span></code></pre>
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<p>变量 <code>s</code> 绑定到了一个字符串字面值，该字符串字面值是硬编码到程序代码中的。<code>s</code> 变量从声明的点开始直到当前作用域的结束都是有效的：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021"><span class="boring">#![allow(unused)]
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</span><span class="boring">fn main() {
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</span>{ // s 在这里无效，它尚未声明
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let s = "hello"; // 从此处起，s 是有效的
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// 使用 s
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} // 此作用域已结束，s不再有效
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<span class="boring">}</span></code></pre>
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<p>简而言之，<code>s</code> 从创建开始就有效，然后有效期持续到它离开作用域为止，可以看出，就作用域来说，Rust 语言跟其他编程语言没有区别。</p>
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<h4 id="简单介绍-string-类型"><a class="header" href="#简单介绍-string-类型">简单介绍 String 类型</a></h4>
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<p>之前提到过，本章会用 <code>String</code> 作为例子，因此这里会进行一下简单的介绍，具体的 <code>String</code> 学习请参见 <a href="https://course.rs/basic/compound-type/string-slice.html">String 类型</a>。</p>
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<p>我们已经见过字符串字面值 <code>let s = "hello"</code>，<code>s</code> 是被硬编码进程序里的字符串值（类型为 <code>&str</code> ）。字符串字面值是很方便的，但是它并不适用于所有场景。原因有二：</p>
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<ul>
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<li><strong>字符串字面值是不可变的</strong>，因为被硬编码到程序代码中</li>
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<li>并非所有字符串的值都能在编写代码时得知</li>
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</ul>
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<p>例如，字符串是需要程序运行时，通过用户动态输入然后存储在内存中的，这种情况，字符串字面值就完全无用武之地。 为此，Rust 为我们提供动态字符串类型: <code>String</code>，该类型被分配到堆上，因此可以动态伸缩，也就能存储在编译时大小未知的文本。</p>
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<p>可以使用下面的方法基于字符串字面量来创建 <code>String</code> 类型：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021"><span class="boring">#![allow(unused)]
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</span><span class="boring">fn main() {
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|
</span>let s = String::from("hello");
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<span class="boring">}</span></code></pre>
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<p><code>::</code> 是一种调用操作符，这里表示调用 <code>String</code> 类型中的 <code>from</code> 关联函数，由于 <code>String</code> 类型存储在堆上，因此它是动态的，你可以这样修改：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021"><span class="boring">#![allow(unused)]
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</span><span class="boring">fn main() {
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</span>let mut s = String::from("hello");
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s.push_str(", world!"); // push_str() 在字符串后追加字面值
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println!("{}", s); // 将打印 `hello, world!`
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<span class="boring">}</span></code></pre>
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<p>言归正传，了解 <code>String</code> 后，一起来看看关于所有权的交互。</p>
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<h2 id="变量绑定背后的数据交互"><a class="header" href="#变量绑定背后的数据交互">变量绑定背后的数据交互</a></h2>
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<h4 id="转移所有权"><a class="header" href="#转移所有权">转移所有权</a></h4>
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<p>先来看一段代码：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021"><span class="boring">#![allow(unused)]
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</span><span class="boring">fn main() {
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</span>let x = 5;
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let y = x;
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<span class="boring">}</span></code></pre>
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<p>这段代码并没有发生所有权的转移，原因很简单： 代码首先将 <code>5</code> 绑定到变量 <code>x</code>，接着<strong>拷贝</strong> <code>x</code> 的值赋给 <code>y</code>，最终 <code>x</code> 和 <code>y</code> 都等于 <code>5</code>，因为整数是 Rust 基本数据类型，是固定大小的简单值，因此这两个值都是通过<strong>自动拷贝</strong>的方式来赋值的，都被存在栈中，完全无需在堆上分配内存。</p>
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<p>整个过程中的赋值都是通过值拷贝的方式完成（发生在栈中），因此并不需要所有权转移。</p>
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<blockquote>
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<p>可能有同学会有疑问：这种拷贝不消耗性能吗？实际上，这种栈上的数据足够简单，而且拷贝非常非常快，只需要复制一个整数大小（<code>i32</code>，4 个字节）的内存即可，因此在这种情况下，拷贝的速度远比在堆上创建内存来得快的多。实际上，上一章我们讲到的 Rust 基本类型都是通过自动拷贝的方式来赋值的，就像上面代码一样。</p>
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</blockquote>
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<p>然后再来看一段代码：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021"><span class="boring">#![allow(unused)]
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</span><span class="boring">fn main() {
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</span>let s1 = String::from("hello");
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let s2 = s1;
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<span class="boring">}</span></code></pre>
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<p>此时，可能某个大聪明( 善意昵称 )已经想到了：嗯，上面一样，把 <code>s1</code> 的内容拷贝一份赋值给 <code>s2</code>，实际上，并不是这样。之前也提到了，对于基本类型（存储在栈上），Rust 会自动拷贝，但是 <code>String</code> 不是基本类型，而且是存储在堆上的，因此不能自动拷贝。</p>
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<p>实际上， <code>String</code> 类型是一个复杂类型，由存储在栈中的<strong>堆指针</strong>、<strong>字符串长度</strong>、<strong>字符串容量</strong>共同组成，其中<strong>堆指针</strong>是最重要的，它指向了真实存储字符串内容的堆内存，至于长度和容量，如果你有 Go 语言的经验，这里就很好理解：容量是堆内存分配空间的大小，长度是目前已经使用的大小。</p>
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<p>总之 <code>String</code> 类型指向了一个堆上的空间，这里存储着它的真实数据，下面对上面代码中的 <code>let s2 = s1</code> 分成两种情况讨论：</p>
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<ol>
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<li>
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<p>拷贝 <code>String</code> 和存储在堆上的字节数组
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如果该语句是拷贝所有数据(深拷贝)，那么无论是 <code>String</code> 本身还是底层的堆上数据，都会被全部拷贝，这对于性能而言会造成非常大的影响</p>
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</li>
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<li>
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<p>只拷贝 <code>String</code> 本身
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这样的拷贝非常快，因为在 64 位机器上就拷贝了 <code>8字节的指针</code>、<code>8字节的长度</code>、<code>8字节的容量</code>，总计 24 字节，但是带来了新的问题，还记得我们之前提到的所有权规则吧？其中有一条就是：<strong>一个值只允许有一个所有者</strong>，而现在这个值（堆上的真实字符串数据）有了两个所有者：<code>s1</code> 和 <code>s2</code>。</p>
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</li>
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</ol>
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<p>好吧，就假定一个值可以拥有两个所有者，会发生什么呢？</p>
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<p>当变量离开作用域后，Rust 会自动调用 <code>drop</code> 函数并清理变量的堆内存。不过由于两个 <code>String</code> 变量指向了同一位置。这就有了一个问题：当 <code>s1</code> 和 <code>s2</code> 离开作用域，它们都会尝试释放相同的内存。这是一个叫做 <strong>二次释放（double free）</strong> 的错误，也是之前提到过的内存安全性 BUG 之一。两次释放（相同）内存会导致内存污染，它可能会导致潜在的安全漏洞。</p>
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<p>因此，Rust 这样解决问题：<strong>当 <code>s1</code> 被赋予 <code>s2</code> 后，Rust 认为 <code>s1</code> 不再有效，因此也无需在 <code>s1</code> 离开作用域后 <code>drop</code> 任何东西，这就是把所有权从 <code>s1</code> 转移给了 <code>s2</code>，<code>s1</code> 在被赋予 <code>s2</code> 后就马上失效了</strong>。</p>
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|
<p>再来看看，在所有权转移后再来使用旧的所有者，会发生什么：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021"><span class="boring">#![allow(unused)]
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</span><span class="boring">fn main() {
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</span>let s1 = String::from("hello");
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let s2 = s1;
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println!("{}, world!", s1);
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<span class="boring">}</span></code></pre>
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<p>由于 Rust 禁止你使用无效的引用，你会看到以下的错误：</p>
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<pre><code class="language-console">error[E0382]: borrow of moved value: `s1`
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--> src/main.rs:5:28
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2 | let s1 = String::from("hello");
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| -- move occurs because `s1` has type `String`, which does not implement the `Copy` trait
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3 | let s2 = s1;
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| -- value moved here
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4 |
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5 | println!("{}, world!", s1);
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| ^^ value borrowed here after move
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= note: this error originates in the macro `$crate::format_args_nl` which comes from the expansion of the macro `println` (in Nightly builds, run with -Z macro-backtrace for more info)
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help: consider cloning the value if the performance cost is acceptable
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3 | let s2 = s1.clone();
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| ++++++++
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For more information about this error, try `rustc --explain E0382`.
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</code></pre>
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<p>现在再回头看看之前的规则，相信大家已经有了更深刻的理解：</p>
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<blockquote>
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<ol>
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<li>Rust 中每一个值都被一个变量所拥有，该变量被称为值的所有者</li>
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|
<li>一个值同时只能被一个变量所拥有，或者说一个值只能拥有一个所有者</li>
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<li>当所有者（变量）离开作用域范围时，这个值将被丢弃(drop)</li>
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</ol>
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</blockquote>
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<p>如果你在其他语言中听说过术语 <strong>浅拷贝(shallow copy)</strong> 和 <strong>深拷贝(deep copy)</strong>，那么拷贝指针、长度和容量而不拷贝数据听起来就像浅拷贝，但是又因为 Rust 同时使第一个变量 <code>s1</code> 无效了，因此这个操作被称为 <strong>移动(move)</strong>，而不是浅拷贝。上面的例子可以解读为 <code>s1</code> 被<strong>移动</strong>到了 <code>s2</code> 中。那么具体发生了什么，用一张图简单说明：</p>
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<img alt="s1 moved to s2" src="https://pic1.zhimg.com/80/v2-3ec77951de6a17584b5eb4a3838b4b61_1440w.jpg" class="center" style="width: 50%;" />
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<p>这样就解决了我们之前的问题，<code>s1</code> 不再指向任何数据，只有 <code>s2</code> 是有效的，当 <code>s2</code> 离开作用域，它就会释放内存。 相信此刻，你应该明白了，为什么 Rust 称呼 <code>let a = b</code> 为<strong>变量绑定</strong>了吧？</p>
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<p>再来看一段代码:</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021">fn main() {
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let x: &str = "hello, world";
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let y = x;
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println!("{},{}",x,y);
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}</code></pre>
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<p>这段代码，大家觉得会否报错？如果参考之前的 <code>String</code> 所有权转移的例子，那这段代码也应该报错才是，但是实际上呢？</p>
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<p>这段代码和之前的 <code>String</code> 有一个本质上的区别：在 <code>String</code> 的例子中 <code>s1</code> 持有了通过<code>String::from("hello")</code> 创建的值的所有权，而这个例子中，<code>x</code> 只是引用了存储在二进制可执行文件( binary )中的字符串 <code>"hello, world"</code>，并没有持有所有权。</p>
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<p>因此 <code>let y = x</code> 中，仅仅是对该引用进行了拷贝，此时 <code>y</code> 和 <code>x</code> 都引用了同一个字符串。<strong>如果还不理解也没关系，当学习了下一章节 “引用与借用” 后，大家自然而言就会理解。</strong></p>
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<h4 id="克隆深拷贝"><a class="header" href="#克隆深拷贝">克隆(深拷贝)</a></h4>
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<p>首先，<strong>Rust 永远也不会自动创建数据的 “深拷贝”</strong>。因此，任何<strong>自动</strong>的复制都不是深拷贝，可以被认为对运行时性能影响较小。</p>
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<p>如果我们<strong>确实</strong>需要深度复制 <code>String</code> 中堆上的数据，而不仅仅是栈上的数据，可以使用一个叫做 <code>clone</code> 的方法。</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021"><span class="boring">#![allow(unused)]
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</span><span class="boring">fn main() {
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</span>let s1 = String::from("hello");
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let s2 = s1.clone();
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println!("s1 = {}, s2 = {}", s1, s2);
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<span class="boring">}</span></code></pre>
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<p>这段代码能够正常运行，说明 <code>s2</code> 确实完整的复制了 <code>s1</code> 的数据。</p>
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<p>如果代码性能无关紧要，例如初始化程序时或者在某段时间只会执行寥寥数次时，你可以使用 <code>clone</code> 来简化编程。但是对于执行较为频繁的代码（热点路径），使用 <code>clone</code> 会极大的降低程序性能，需要小心使用！</p>
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<h4 id="拷贝浅拷贝"><a class="header" href="#拷贝浅拷贝">拷贝(浅拷贝)</a></h4>
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<p>浅拷贝只发生在栈上，因此性能很高，在日常编程中，浅拷贝无处不在。</p>
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<p>再回到之前看过的例子:</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021"><span class="boring">#![allow(unused)]
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</span><span class="boring">fn main() {
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</span>let x = 5;
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let y = x;
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println!("x = {}, y = {}", x, y);
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<span class="boring">}</span></code></pre>
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<p>但这段代码似乎与我们刚刚学到的内容相矛盾：没有调用 <code>clone</code>，不过依然实现了类似深拷贝的效果 —— 没有报所有权的错误。</p>
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<p>原因是像整型这样的基本类型在编译时是已知大小的，会被存储在栈上，所以拷贝其实际的值是快速的。这意味着没有理由在创建变量 <code>y</code> 后使 <code>x</code> 无效（<code>x</code>、<code>y</code> 都仍然有效）。换句话说，这里没有深浅拷贝的区别，因此这里调用 <code>clone</code> 并不会与通常的浅拷贝有什么不同，我们可以不用管它（可以理解成在栈上做了深拷贝）。</p>
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<p>Rust 有一个叫做 <code>Copy</code> 的特征，可以用在类似整型这样在栈中存储的类型。如果一个类型拥有 <code>Copy</code> 特征，一个旧的变量在被赋值给其他变量后仍然可用，也就是赋值的过程即是拷贝的过程。</p>
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<p>那么什么类型是可 <code>Copy</code> 的呢？可以查看给定类型的文档来确认，这里可以给出一个通用的规则： <strong>任何基本类型的组合可以 <code>Copy</code> ，不需要分配内存或某种形式资源的类型是可以 <code>Copy</code> 的</strong>。如下是一些 <code>Copy</code> 的类型：</p>
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<ul>
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<li>所有整数类型，比如 <code>u32</code></li>
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<li>布尔类型，<code>bool</code>，它的值是 <code>true</code> 和 <code>false</code></li>
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<li>所有浮点数类型，比如 <code>f64</code></li>
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<li>字符类型，<code>char</code></li>
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<li>元组，当且仅当其包含的类型也都是 <code>Copy</code> 的时候。比如，<code>(i32, i32)</code> 是 <code>Copy</code> 的，但 <code>(i32, String)</code> 就不是</li>
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<li>不可变引用 <code>&T</code> ，例如<a href="#转移所有权">转移所有权</a>中的最后一个例子，<strong>但是注意：可变引用 <code>&mut T</code> 是不可以 Copy的</strong></li>
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</ul>
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<h2 id="函数传值与返回"><a class="header" href="#函数传值与返回">函数传值与返回</a></h2>
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<p>将值传递给函数，一样会发生 <code>移动</code> 或者 <code>复制</code>，就跟 <code>let</code> 语句一样，下面的代码展示了所有权、作用域的规则：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021">fn main() {
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let s = String::from("hello"); // s 进入作用域
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takes_ownership(s); // s 的值移动到函数里 ...
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// ... 所以到这里不再有效
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let x = 5; // x 进入作用域
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makes_copy(x); // x 应该移动函数里，
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// 但 i32 是 Copy 的，所以在后面可继续使用 x
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} // 这里, x 先移出了作用域，然后是 s。但因为 s 的值已被移走，
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// 所以不会有特殊操作
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fn takes_ownership(some_string: String) { // some_string 进入作用域
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println!("{}", some_string);
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} // 这里，some_string 移出作用域并调用 `drop` 方法。占用的内存被释放
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fn makes_copy(some_integer: i32) { // some_integer 进入作用域
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println!("{}", some_integer);
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} // 这里，some_integer 移出作用域。不会有特殊操作</code></pre>
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<p>你可以尝试在 <code>takes_ownership</code> 之后，再使用 <code>s</code>，看看如何报错？例如添加一行 <code>println!("在move进函数后继续使用s: {}",s);</code>。</p>
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<p>同样的，函数返回值也有所有权，例如:</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021">fn main() {
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let s1 = gives_ownership(); // gives_ownership 将返回值
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// 移给 s1
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let s2 = String::from("hello"); // s2 进入作用域
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let s3 = takes_and_gives_back(s2); // s2 被移动到
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// takes_and_gives_back 中,
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// 它也将返回值移给 s3
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} // 这里, s3 移出作用域并被丢弃。s2 也移出作用域，但已被移走，
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// 所以什么也不会发生。s1 移出作用域并被丢弃
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fn gives_ownership() -> String { // gives_ownership 将返回值移动给
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// 调用它的函数
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let some_string = String::from("hello"); // some_string 进入作用域.
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some_string // 返回 some_string 并移出给调用的函数
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}
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// takes_and_gives_back 将传入字符串并返回该值
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fn takes_and_gives_back(a_string: String) -> String { // a_string 进入作用域
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a_string // 返回 a_string 并移出给调用的函数
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}</code></pre>
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<p>所有权很强大，避免了内存的不安全性，但是也带来了一个新麻烦： <strong>总是把一个值传来传去来使用它</strong>。 传入一个函数，很可能还要从该函数传出去，结果就是语言表达变得非常啰嗦，幸运的是，Rust 提供了新功能解决这个问题。</p>
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<h2 id="课后练习"><a class="header" href="#课后练习">课后练习</a></h2>
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<blockquote>
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<p><a href="https://practice-zh.course.rs/ownership/ownership.html">Rust By Practice</a>，支持代码在线编辑和运行，并提供详细的<a href="https://github.com/sunface/rust-by-practice/blob/master/solutions/ownership/ownership.md">习题解答</a>。</p>
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</blockquote>
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</main>
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<nav class="nav-wrapper" aria-label="Page navigation">
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<!-- Mobile navigation buttons -->
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<a rel="prev" href="../../basic/ownership/index.html" class="mobile-nav-chapters previous" title="Previous chapter" aria-label="Previous chapter" aria-keyshortcuts="Left">
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</a>
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<a rel="next prefetch" href="../../basic/ownership/borrowing.html" class="mobile-nav-chapters next" title="Next chapter" aria-label="Next chapter" aria-keyshortcuts="Right">
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<span class=fa-svg><svg xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" viewBox="0 0 320 512"><!--! Font Awesome Free 6.2.0 by @fontawesome - https://fontawesome.com License - https://fontawesome.com/license/free (Icons: CC BY 4.0, Fonts: SIL OFL 1.1, Code: MIT License) Copyright 2022 Fonticons, Inc. --><path d="M278.6 233.4c12.5 12.5 12.5 32.8 0 45.3l-160 160c-12.5 12.5-32.8 12.5-45.3 0s-12.5-32.8 0-45.3L210.7 256 73.4 118.6c-12.5-12.5-12.5-32.8 0-45.3s32.8-12.5 45.3 0l160 160z"/></svg></span>
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</a>
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<div style="clear: both"></div>
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</div>
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<a rel="prev" href="../../basic/ownership/index.html" class="nav-chapters previous" title="Previous chapter" aria-label="Previous chapter" aria-keyshortcuts="Left">
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<span class=fa-svg><svg xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" viewBox="0 0 320 512"><!--! Font Awesome Free 6.2.0 by @fontawesome - https://fontawesome.com License - https://fontawesome.com/license/free (Icons: CC BY 4.0, Fonts: SIL OFL 1.1, Code: MIT License) Copyright 2022 Fonticons, Inc. --><path d="M41.4 233.4c-12.5 12.5-12.5 32.8 0 45.3l160 160c12.5 12.5 32.8 12.5 45.3 0s12.5-32.8 0-45.3L109.3 256 246.6 118.6c12.5-12.5 12.5-32.8 0-45.3s-32.8-12.5-45.3 0l-160 160z"/></svg></span>
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</a>
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<a rel="next prefetch" href="../../basic/ownership/borrowing.html" class="nav-chapters next" title="Next chapter" aria-label="Next chapter" aria-keyshortcuts="Right">
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<span class=fa-svg><svg xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" viewBox="0 0 320 512"><!--! Font Awesome Free 6.2.0 by @fontawesome - https://fontawesome.com License - https://fontawesome.com/license/free (Icons: CC BY 4.0, Fonts: SIL OFL 1.1, Code: MIT License) Copyright 2022 Fonticons, Inc. --><path d="M278.6 233.4c12.5 12.5 12.5 32.8 0 45.3l-160 160c-12.5 12.5-32.8 12.5-45.3 0s-12.5-32.8 0-45.3L210.7 256 73.4 118.6c-12.5-12.5-12.5-32.8 0-45.3s32.8-12.5 45.3 0l160 160z"/></svg></span>
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</a>
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</nav>
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</div>
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<template id=fa-eye><span class=fa-svg><svg xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" viewBox="0 0 576 512"><!--! Font Awesome Free 6.2.0 by @fontawesome - https://fontawesome.com License - https://fontawesome.com/license/free (Icons: CC BY 4.0, Fonts: SIL OFL 1.1, Code: MIT License) Copyright 2022 Fonticons, Inc. --><path d="M288 32c-80.8 0-145.5 36.8-192.6 80.6C48.6 156 17.3 208 2.5 243.7c-3.3 7.9-3.3 16.7 0 24.6C17.3 304 48.6 356 95.4 399.4C142.5 443.2 207.2 480 288 480s145.5-36.8 192.6-80.6c46.8-43.5 78.1-95.4 93-131.1c3.3-7.9 3.3-16.7 0-24.6c-14.9-35.7-46.2-87.7-93-131.1C433.5 68.8 368.8 32 288 32zM432 256c0 79.5-64.5 144-144 144s-144-64.5-144-144s64.5-144 144-144s144 64.5 144 144zM288 192c0 35.3-28.7 64-64 64c-11.5 0-22.3-3-31.6-8.4c-.2 2.8-.4 5.5-.4 8.4c0 53 43 96 96 96s96-43 96-96s-43-96-96-96c-2.8 0-5.6 .1-8.4 .4c5.3 9.3 8.4 20.1 8.4 31.6z"/></svg></span></template>
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