内存安全：编译期 vs 运行期

你将学到什么： Rust 的引用与 C# 的指针及 unsafe 上下文之间的区别、生命周期基础，以及为什么 Rust 在编译期做出的安全性证明，比 C# 在运行期依赖的检查机制（边界检查、空值保护）更强。

难度： 中级

引用与指针

在 C# 中，你很少使用指针，除非你处理 unsafe 代码块。而在 Rust 中，引用（&）则是处处可见的，且它们默认即安全。

C# Unsafe 指针

unsafe {
    int value = 42;
    int* ptr = &value;
    *ptr = 100;
}

Rust 安全引用

#![allow(unused)]
fn main() {
let mut value = 42;
let r = &mut value; // 不需要 'unsafe' 关键字
*r = 100;
}

借用检查器（Borrow Checker） 会确保 r 永远不会指向无效的内存。这让你在获得类似指针性能的同时，依旧享有高级语言引用的安全性。

生命周期基础

生命周期 是编译器用来确保左右所有借用（引用）在它们被使用时依然有效的一套机制。

悬垂引用问题

在 C# 中，返回一个局部变量的指针简直是灾难。而 Rust 的编译器会立即抓出这类错误。

#![allow(unused)]
fn main() {
fn invalid_reference() -> &String {
    let s = String::from("你好");
    &s // ❌ 报错：`s` 本身活得不够久
}
}

在这个例子中，s 在函数结束时就会被释放（Dropped），因此该引用会变成一个指向垃圾数据的“悬垂引用”。Rust 绝不允许此类代码编译通过。

运行时检查 vs 编译期证明

特性	C# (运行时)	Rust (编译期)
边界检查	抛出 `IndexOutOfRange`	证明安全或 Panic
空值访问	抛出 `NullReference`	彻底杜绝 (无 Null)
数据竞争	可能出现 (锁/Mutex)	不可能 (由借用规则限制)
内存泄漏	极少 (由 GC 处理)	杜绝常见泄漏 (由所有权限制)

Use-After-Free (释放后使用)

在 C# 中，你可能会 Dispose 一个资源（如 FileStream），然后不小心再次尝试使用它，导致 ObjectDisposedException。而在 Rust 中，所有权系统会让此类错误成为编译期错误。

#![allow(unused)]
fn main() {
// C#
var stream = new FileStream(...);
stream.Dispose();
stream.Write(...); // ❌ 运行时异常

// Rust
let file = File::open(...)?;
drop(file);
// file.write(...); // ❌ 编译期报错：该值在移动后仍被使用
}

练习：找出安全问题

挑战： 识别为什么在迭代集合时修改它是危险的（在 C# 中），以及 Rust 如何在编译期防止这种错误。

#![allow(unused)]
fn main() {
fn filter_evens(numbers: &mut Vec<i32>) {
    for n in numbers.iter() {
        if n % 2 == 0 {
            // numbers.remove(...); // ❌ 编译报错
        }
    }
}
}

关键理解： 在 C# 中，在 foreach 循环里修改集合会触发运行时的 InvalidOperationException。而在 Rust 中，迭代器持有了该 Vec 的不可变借用，因此任何修改它的尝试（如 remove）都会导致编译失败。

Keyboard shortcuts

Rust for C# Programmers