RUST 所有权移动问题

[caobug]

刚随手写了一个示例，尝试探测编译器检测机制。以下代码在 JAVA/C/C++等众多语言中没有任何问题，即使按照 RUST 的所有权原则，也应该正常。但实际上编译失败了。

struct Dog {
    name: String,
}

impl Dog {
    fn release(self) {
        println!("{}", self.name)
    }
}

struct Person {
    dog: Dog,
    name: String,
}

fn main() {
    let mut person = Person {
        dog: Dog {
            name: String::from("Hamel"),
        },
        name: String::from("Zoe"),
    };

    person.dog.release();

    for _ in 0..1 {
        person.dog = Dog {
            name: String::from("Hogge"),
        };
    }

    println!("{} got a new dog: {}", person.name, person.dog.name);
}

以上代码我先通过 Person 关联了 Dog ，随后释放 Person 中的 Dog ，到此 Dog 不再有效，若后续直接调用会编译失败。

我跟着创建一个百分比会执行的 for 循环重新赋值，按理说指针已发生了变更，后续在循环外使用的 Dog 是新建的对象不会有问题。

但事上上编译失败。Rust 的检测器似乎没有认真评估 for 中的条件，认为 loop 至少执行一次，而 for 却不确定。当我把 for 改成 loop ，它确实正常了。

loop {
    person.dog = Dog {
        name: String::from("Hogge"),
    };
    break
}

我接着在 loop 中加一个百分比会执行的条件判断，最终仍然失败了。

loop {
    if true {
        person.dog = Dog {
            name: String::from("Hogge"),
        };
    }
    break
}

如果说写 C/C++满脑袋都是寄存器、堆、栈、指针...，那么 RUST 必然是所有权检查器。

[DianQK]

(似乎是 bug ，感觉可以提个 issue

[binhb]

因为是静态所有权检查，条件不确定，可能不被执行

[qdwang]

rust 编译过程中，除非是特殊指定在编译器运算的代码（比如 const fn ），其他代码都是不会运算的，只能根据一些特殊情况做一些处理。比如 loop 内非条件语句下认定为会执行到。for 里不一定必然执行。还有例如有些循环情况算必然执行多次，这样就不可以用 FnOnce 这样。

[Leviathann]

所有权检查实际上是一种证明
你要做的是向编译器提供证据

[rrfeng]

这跟不定长数组越界访问一样啊，编译器不会检查条件的。

[lance6716]

只是有个度不想继续细化了，毕竟停机问题

[Kaiv2]

loop {
if true {
person.dog = Dog {
name: String::from("Hogge"),
};
break;
}
}
编译成功

[caobug]

@Kaiv2 RUST 编译检查默认会检查完整的分支，即 if 和 else

[swordcoming9527]

硬要解决这个问题只能等待以后编译器在各种 edge case 优化的更好，但实践中可能没啥意义。
这个问题，是 People 里面的 dog 可能被 Move ，dog 被 Move 时，People 其实是处于一种“不可用”的状态，在 dog 被填充回来之前，对 People 的其他操作都是不允许的。如果在真实的实践中，只需要提前设计好 dog 被 Move 的状态，典型的就是 dog: Option<Dog>。

[caobug]

@swordcoming9527 确实如此。不过编译器应该要检查 in 0..1 才对，甚至编译后应该直接展开这种硬编码。

[buxiuxi]

为啥这里 release 函数会释放 dog?

[owtotwo]

直接简化问题，此问题本质上，与下面代码无法编译通过的原因是一致的：


**即在编译期 Borrow Checker 是不进行具体值计算的。**

如上面的 if 分支，在生命周期检查期间，并不知道 1 == 0 总为 false 且永不执行此代码块。故而在使用 name 时，无法得知所有权是否已被转移。
甚至将 1 == 0 直接换成 false ，此期间 Borrow Checker 依旧不知道 false 总不执行代码块，即认为是**有可能**调用 drop(name)触发所有权转移的。

[owtotwo]

回到原问题，person.dog 的各种赋值写法：


0. 对于 Code 0 ，即上一条回复提到的本质问题，此处尽管写着 if true ，然而 Borrow Checker 并不默认此代码总是执行，而是认为可能执行也可能不执行。（当然，当 build release 编译优化阶段时，if true 就会被优化掉了，而所有权检查阶段并不会，或许是太耗时了）

1. 对于 Code 1 ，与 Code 0 本质一样，Borrow Checker 会认为此 for 语句可能不会执行，所以“Rust 的检测器似乎没有认真评估 for 中的条件”确实是对的，并不会在此阶段评估。

2. 对于 Code 2 ，因为有 else 分支且调用 unreachable!()，所以理论上后续使用 person 时必然已经经过 if 部分的赋值语句（因为 else 部分会 panic ，即不会执行后面代码）

[owtotwo]

续上

3. 对于 Code 3 ，即楼主的第一次修改尝试，实际上等价于将 loop 和 break 去掉（因为此控制流总是执行），所以必然会执行赋值语句，故而编译通过(Ok)。

4. 对于 Code 4 ，即楼主的第二次修改尝试，依然可以将 loop 和 break 去掉，此时情况等价于 Code 0 ，所以一样是编译不通过(Error)。

5. 对于 Code 5 ，即 @Kaiv2 提到的编译成功的写法，因为 break 进去 if 里了，情况就不一样了。此时控制流的逻辑只有两种情况：情况一，若不进入 if 语句里，则无限循环，那么就不会执行后面的使用 person 及 person.dog 的代码了，就没问题；情况二，进入 if 语句，则成功执行赋值，且最后必定 break 出去，执行后面的代码，依然没问题。所以这种不涉及对具体求值有依赖的控制流是能编译通过的。

[owtotwo]

综上

6. 楼主的代码符合 Rust 的所有权规则吗？符合的，因为问题并不在所有权转移上，而是在编译期所有权检查时是否会进行具体求值的判断上。

7. @DianQK 所以**目前**而言不是 bug ，或许以后编译器更聪明效率更高了就支持此优化了。

8. @binhb @qdwang @rrfeng 的说法是对的。

9. 为啥这里 release 函数会释放 dog ？因为 fn release(self)的参数是 self ，跟 std::mem::drop()一样，调用时会获取其所有权，并在此函数结束后 drop 掉。

[owtotwo]

FIX: @buxiuxi 第 9 项忘 at 了

[DianQK]

@owtotwo #15
- https://blog.rust-lang.org/inside-rust/2023/10/06/polonius-update.html
- https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/2094-nll.md#problem-case-3-conditional-control-flow-across-functions

那么应该是这里的讨论了（还没有看到这）

[kerwincsc]

@buxiuxi 因为 release 方法签名是 self

[PTLin]

```
loop {
if true {
person.dog = Dog {
name: String::from("Hogge"),
};
break;
}
}
```
你这把 break 写在 if 里面不就可以了吗，这种 edge case 也算是满脑子都是的东西？

[owtotwo]

@DianQK #17
或许有些区别
简单点概况，NLL(Non-Lexical Lifetimes)的迭代进化(即下一代的 Polonius)应该依然并不能解决此问题。

因为楼主这问题本质上是 rustc 编译流程的限制。如图： https://blog.rust-lang.org/images/2016-04-MIR/flow.svg
根据**目前**的编译流程，Borrow Checking 发生在 MIR 阶段，此刻的 CFG(Control-Flow Graph)仅将`if true {}`识别为`if some_cond {}`。
故而`if true { <code> }`无法等价于`loop { <code>; break }`或`{ <code> }`，因为它们的 CFG 是不一致的。（参考引用 数据流分析中的 CFG ）
最后将类似`if false {}`这样的死代码消除的优化行为，是在 LLVM 的 codegen 优化阶段进行的，所以此前 borrowck 并不认识"true"或"false"。

在 Rust 2018(Rust 1.31)引入 NLL 后，生命周期的推断精度更高了，而下一代的 Polonius 会支持更复杂的控制流(Control Flow)。但是如上所述的原由，依然不能在此阶段进行条件求值，所以问题依在。

* NLL: https://blog.rust-lang.org/2018/12/06/Rust-1.31-and-rust-2018.html#non-lexical-lifetimes
* 编译流程中的 MIR: https://blog.rust-lang.org/2016/04/19/MIR.html
* 数据流分析中的 CFG: https://github.com/rust-lang/rustc-dev-guide/blob/master/src/appendix/background.md#what-is-a-dataflow-analysis
* rustc 概览(包含各编译阶段): https://rustc-dev-guide.rust-lang.org/overview.html


我希望能由浅入深解释问题，但无法太深。前面的回答并无涉及到更多的编译器部分的具体内容，是因太冗长容易导致阅读阻力大，很少人愿意认真看(完)。（但即使现在这长度，似乎大家也习惯 tl;dr 了）

希望我有解释清楚。 : )

[DianQK]

@owtotwo #20
除了 RFC 和具体代码我还没看到，剩下的我应该基本了解。如果先做一些常量传播，再做借用检查就可以了（但是常量传播可能也需要先有一个合格的借用检查？）

[caobug]

@owtotwo 非常感谢，你解释的非常清楚远超 RUST 指南，恳请抽空出些 RUST 文章。

[owtotwo]

@DianQK #21
嗯呐 这个确实就是关键所在

若我没记错的话 似乎 rustc 的编译流程会有两次的常量折叠/传播 一次是在前端的 MIR 中 另一次是在后端如 LLVM 中
（好像是前端优化一次能降低给后端的 IR 代码复杂度）

MIR 中支持常量传播应该是比较早前的事了（或许有相关公告） 似乎是支持控制流的（代码可能在 mir 部分的 const_prop.rs ？文件名应该长得差不多）
但并不知道是否支持“消掉 if const_expr”的行为
（我不知道这种分支优化的术语应该是什么 死代码消除 Dead Code Elim ？或者是叫 Sparse Cond Const Prop ？中文可能是 稀疏条件常量传播 之类的 或许也不准确）

但比较尴尬的是 常量传播是在 MIR 的优化阶段进行的 而 borrowck 是在 mir-opt 之前进行的（如果我没记错的话）

所以正如老哥你所说的 常量传播时应该已经有借用检查了
（以及我感觉理论上应该确实是能在借用检查前算 const 的 就是不知道最终会不会增加 MIR 部分编译的总耗时）

编译流程层面的改动影响对 rustc 而言还是挺大的（如 Polonius 也只是 borrowck 部分的平替） 所以短期内可能不会有相应优化了（个人感觉 不知道目前有没有人提对应的 RFC ）


以上的话并不严谨 我也暂时没能去进行校验 或许会有些错漏或过时（记忆有点旧了）

有条件的朋友或许可以补充下相关链接~

[owtotwo]

@caobug #22
有讲清楚了就好 能对别人有帮助还是很开心的 : )

Rust 文章的话 不太好写 写起来时很难兼顾到不同熟练度的 Rust 小伙伴（主要还是我自己能力有限）

举个例子
就像一开始其实我想**直接**用 `while true {}`和`loop {}`为什么不一样 来解释这问题的（前者迭代 0+次 后者 1+次）
但是这样会引入题目中没提到的 while 语句 以及它们另外的差异（ loop-break <value>能返回值而 while 恒为`()`之类的） 最后还得再迁移到 for 语句来解释

这样就有可能将问题复杂化了 而如果跳过中间例子直接说“const_expr 在 borrowck 阶段不求值” 不熟悉的小伙伴有可能一下子转不过来

且问题涉及 if 语句 所以最后决定用`if false {}`作例子来渐进地解释 比较好理解

Rust 文章同理 讲一个点 从多浅讲到多深 我就有点犯难了
有的知识点实在涉及太多 比如 Pin 感觉没十几页纸实在讲不清楚 一想就头都大了 0.o