Rust: Ownership

Ownership là một trong những tính năng đặc trưng của Rust, đây là cách giúp Rust đảm bảo memory safety mà không cần đến garbage collector.

Ownership là gì?

Ownership là một concept mới. Tất cả programs đều cần phải quản lý memory mà nó sử dụng trong lúc thực thi. Một vài ngôn ngữ sử dụng garbage collection để tìm và giải phóng bộ nhớ lúc runtime, một số ngôn ngữ khác thì lập trình viên phải tự chi định (allocate) và giải phóng (free) bộ nhớ. Rust đi theo một hướng khác, memory được quản lý bởi một ownership system gồm tập rules được compiler sử dụng để kiểm tra (check) lúc compile. Bằng cách này thì Rust ép chúng ta viết code theo một cách an toàn memory-safe, Rust sẽ bắt lỗi ở lúc complie. Càng hiểu được concept của ownership, thì dần dần chúng ta có thể viết được code an toàn và hiệu quả hơn.

Để tìm hiểu kỹ hơn về Ownership, bạn có thể đọc Rust Book tại đây cực kỳ chi tiết: https://doc.rust-lang.org/book/ch04-01-what-is-ownership.html

Ownership Rules

Nói đơn giản về ownership rules thì có một số điều cơ bản sau:

  • Mỗi giá trị trong Rust đều có một biến gọi là owner của nó.
  • Chỉ có một owner tại một thời điểm.
  • Khi owner ra khỏi scope, giá trị sẽ bị hủy.

Borrow checker

Bằng cách theo dõi data sử dụng thông qua bộ rules, borrow checker có thể xác định khi nào data cần được khởi tạo (initialized) và khi nào cần được giải phóng (freed, or dropped).
Thực tế sẽ có một trong ba trường hợp sau khi bạn sử dụng variable: tự move data và bỏ ownership; copy data sang một variable khác; hoặc sử dụng reference (con trỏ) đến data và vẫn giữ ownership, cho mượn (borrow) nó một thời gian.

Chỉ cần nhớ hai quy tắc quan trọng:

  1. Khi truyền một variable (thay vì reference tới variable) cho một function khác, ta sẽ mất quyền ownership. Function đó sẽ là owner của variable này và bạn không thể sử dụng lại được nữa ở context cũ.
  2. Khi truyền một reference tới variable, bạn có thể immutable borrow không giới hạn; hoặc mutable borrow một lần.

Ví dụ: đoạn chương trình sau sẽ không compile được

fn hold_my_vec<T>(_: Vec<T>) {}

fn main() {
  let x = vec![1, 2, 3];
  hold_my_vec(x);

  let z = x.get(0);
  println!("Got: {:?}", z);
}

Compiler sẽ báo lỗi như sau: rustc main.rs

error[E0382]: borrow of moved value: `x`
    --> main.rs:7:13
  |
4 |  let x = vec![1, 2, 3];
  |      - move occurs because `x` has type `Vec<i32>`, which does not implement the `Copy` trait
5 |  hold_my_vec(x);
  |              - value moved here
6 |
7 |  let z = x.get(0);
  |          ^^^^^^^^ value borrowed here after move
  |
  = note: borrow occurs due to deref coercion to `[i32]`

Lỗi nói rằng Vec<i32> không implement Copy trait, vì thế data sẽ được di chuyển (move) hoặc mượn (borrow) vào function hold_my_vec(). Do đó dòng 7 không thể thực hiện được do x được được move vào trong function kia.

Mặc dùng không thể implement Copy trait, Vec vẫn có Clone trait. Chỉ để cho code chạy được thì đây là một cách nhanh để compiler ngưng báo lỗi. Lưu ý thì việc clone thường sẽ tốn khá nhiều chi phí, nhất là đối với những object lớn. 

fn hold_my_vec<T>(_: Vec<T>) {}

fn main() {
  let x = vec![1, 2, 3];
  hold_my_vec(x.clone()); // <-- x.clone()

  let z = x.get(0);
  println!("Got: {:?}", z);
}

Trong trường hợp này thì function hold_my_vec không làm gì ngoài việc take ownership. Có một cách tốt hơn là references. Thay vì để function take ownership, ta có thể cho nó mượn giá trị. Chúng ta sẽ truyền vào một reference — a borrowed value. 

fn hold_my_vec<T>(_: &Vec<T>) {}

fn main() {
  let x = vec![1, 2, 3];
  hold_my_vec(&x); // <--- &x

  let z = x.get(0);
  println!("Got: {:?}", z);
}

Với cách này thì chúng ta sẽ để function mượn trong khi vẫn có thể tiếp tục sử sử dụng trong chương trình.

Bạn có thể đọc thêm về Ownership, References and Borrowing và The Slice Type tại the Rust Book.

•Rust 🦀•Rust, Vietnamese, Rust Tiếng Việt, Rust Basic•