rust Reborrow and Borrow

rust Reborrow and Borrow

考虑函数调用f(x)，其中f: fn (&mut i32) -> i32, x: &mut i32，按照通常的逻辑，x将会被move到f的作用域中，最后在f返回时被丢弃，这样一来将无法第二次调用f(x)。然而实际上，可以无限次调用f(x)，而仍保持x有效。

这是由于编译器会自动将f(x)转变为f(&mut *x)，而&mut *x是所谓的reborrow操作，将会对mutable referencex再次borrow，获得一个新的mutable reference，而原本的x暂时被shadow，处于inactive状态，直到f返回时，新的mutable reference被销毁，x重新回到active状态。

对于generic函数，则不一定会进行reborrow操作，设v: &mut i32：

• fn f<T>(x: &mut T): f(v)会自动reborrow，变成f(&mut *v)
• fn f<T>(x: T): f(v)不会自动reborrow，v会被move到f中
• fn f<T>(x: T, y: T): 对于f(v1, v2)，只有v1会被move到f中，v2会被自动reborrow，即最后变成f(v1, &mut *v2)

所谓的reborrow实际上本质上仍是borrow，也就是说Rust并没有对&*x或&mut *x引入特殊的语义。试考虑&mut *x，它可以理解为先获得了lvalue*x，然后对这个lvalue进行了borrow。之所以称其为reborrow，是因为该lvalue所在的place实际上已经被xborrow过了，我们又「重新borrow」了一次，reborrow的特殊之处就在于Rust允许我们borrow一个已经被borrow过的lvalue。

更进一步，形如&(*ref).x的borrow也是允许的，也可以视为一种reborrow，即我们可以单独reborrow一个已经被borrow过的lvalue的一部分。

实际上reborrow的行为也是有其适用范围的：

• 被shared borrow的lvalue，不能被reborrow为mutable reference，只能被reborrow为shared reference
• 被unique immutable borrow的lvalue，不能被reborrow为mutable reference，但能被reborrow为shared reference
• 被mutable borrow的lvalue，可以被reborrow为shared reference或mutable reference

需要注意的是，当我们使用&mut *xreborrow了x后，我们就将无法使用x，直到该reborrow expire为止，例如下列代码就是错误的：

应该说，引入reborrow后，每个memory location都会有一个borrow stack。将borrow stack定义在memory location上而不是place上，是因为memory location没有进一步的结构，可以简化讨论，而place可以有子place，其不同的子place可以被分别reborrow，于是构不成一个stack。

borrow stack的规则很简单：

• 对最初的变量的borrow，位于栈底
• 此后的每次reborrow，都会将该reborrow放入栈顶
• reborrow得到的mutable reference，会将栈中更早的mutable reference屏蔽，使其不能被访问或reborrow
• reborrow得到的shared reference，会使栈中更早的mutable reference退化为shared reference，即只能被读取或被reborrow为shared reference
• 栈顶的reborrow一旦expire，其引起的屏蔽效果即会解除

这里忽略了具有interior mutability的shared reference以及raw pointer，真正用于定义Rust语义的borrow stack模型要复杂得多，因为需要考虑unsafe特性与mutable/shared reference的语义的交互。

注意有时实际上可能发生reborrow产生的新reference尚且存活，旧的reference却已经被销毁的情况：

• 例如let new; { let old = &mut x; new = &*old; }; use(new);，即新reference的作用域比旧reference更大
• 又如let mut parent = &mut p; let child = &parent.x; let parent = &mut q;，即旧reference被覆盖，从而不可达

此时我们并不会立即将旧的reference从borrow stack中移除，而是会等待栈顶的reborrow先expire，再将旧的borrow移除。