4.4.3 Drop 释放资源

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。

1. 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

2. 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。

3. 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变量级别的、结构体内部字段的 Drop，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 =,=

3.1 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

3.2 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!

4. 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，Drop::drop 只是借用了目标值的可变引用，所以，就算你提前调用了 drop，后面的代码依然可以使用目标值，但是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，原因是对于 Rust 而言，不允许显式地调用析构函数（这是一个用来清理实例的通用编程概念）。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。

事实上，能被显式调用的drop(_x)函数只是个空函数，在拿走目标值的所有权后没有任何操作。而由于其持有目标值的所有权，在drop(_x)函数结束之际，编译器会执行_x真正的析构函数，从而完成释放资源的操作。换句话说，drop(_x)函数只是帮助目标值的所有者提前离开了作用域。https://doc.rust-lang.org/std/mem/fn.drop.html

5. 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。

6. 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 特征的类型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!")
    }
}

以上代码报错如下：

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

7. 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。