Rust 如何处理内存分配和释放？

Rust 通过其所有权（ownership）、借用（borrowing）和生命周期（lifetimes）的概念来管理内存，这使得 Rust 在编译时就能避免诸如空指针解引用和内存泄漏等常见的内存错误。下面我将详细解释这些概念是如何工作的，并给出相应的例子。

所有权（Ownership）

在 Rust 中，每个值都有一个称为其 所有者 的变量。一次只能有一个所有者。当所有者（变量）离开作用域时，该值将被自动删除（drop），这时内存也就被释放了。这个机制确保了内存安全，无需手动释放内存。

例子：

rust
{
    let s = String::from("hello");  // s 是所有者
}  // s 离开作用域，其持有的内存会被自动释放

借用（Borrowing）

Rust 允许通过引用来借用值，这可以是不可变或可变的。不可变借用允许多个引用读取数据，但不允许修改。可变借用允许修改数据，但在同一时间内只能存在一个可变引用。

例子：

rust
let s = String::from("hello");  
let r1 = &s;  // 不可变借用
let r2 = &s;  // 不可变借用
// let r3 = &mut s;  // 错误: 不能在有不可变借用的同时创建可变借用
println!("{} and {}", r1, r2);

生命周期（Lifetimes）

生命周期是 Rust 的一个工具，用于确保所有的借用都是有效的。通过生命周期的标注，编译器可以检查引用是否可能比所指向的数据存在更长的时间。

例子：

rust
fn main() {
    let r;                // 声明一个引用
    {
        let x = 5;
        r = &x;           // 错误: `x` 不会比 `r` 活得更久
    }
    println!("r: {}", r); // 这里使用 `r` 会导致错误
}

通过这三个核心概念，Rust 提供了无需垃圾回收器就能自动管理内存的方式，有效防止内存泄漏和其他常见的内存错误。这些特性使得 Rust 非常适合系统编程和需要高内存安全的应用场景。