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Rust：foo(x)、foo(x)，还是foo(x.clone())？

news 2025/9/18 13:41:30

一、一个实际问题

用一个线性代数库的求逆矩阵函数时，让我很不爽，我必须按照下面的形式写调用代码：

	...if let Some(inv_mat) = try_inverse(mat.clone()) {...}...

注意 try_inverse 函数的参数传递形式，函数参数是 mat.clone() 而不是 mat，因为这个 mat 变量后面我还得使用。有看了几个其他的线性代数库，大都是按照这个形式定义的。我不得不思考一下为什么要这么干。

我们看这个函数的几种可能的声明形式：

	fn try_inverse(mat: Mat) -> Option<Mat> {...}   		// .... (1)fn try_inverse(mat: &Mat) -> Option<Mat> {...}   		// .... (2)fn try_inverse(mat: &mut Mat) -> Option<Mat> {...}   	// .... (3)

下面分别讨论：

1、fn try_inverse(mat: Mat) -> Option

我们有两种办法向函数传递参数。如果 mat 函数调用后不再使用，可以直接把变量所有权转移给函数，按下面形式调用：

	...if let Some(inv_mat) = try_inverse(mat) {...}...

如果 mat 在函数调用后还有别的用途，必须保留变量所有权，把变量克隆一份传递给函数，按照下面的方法调用：

	...if let Some(inv_mat) = try_inverse(mat.clone()) {...}...

为什么么要这样传递参数？原因是，逆矩阵是在原矩阵的基础上构建出来了，这个构建过程会逐步覆盖掉原矩阵的数据。因此，求逆矩阵函数需要获得参数的所有权，在原矩阵基础上完成逆矩阵构建。

如果得不到所有权又如何？

2、fn try_inverse(mat: &Mat) -> Option

如果参数采用传递引用的方式，函数调用就变成了以下形式：

	if let Some(inv_mat) = try_inverse(&mat) {...}

对我们来讲很是方便，但是这里存在一个效率问题。

无论 mat 我们后续是否使用，try_inverse() 都要首先克隆一个备份，然后在此基础上构建逆矩阵。也就是说，引用传参，形式上看调用方式很简洁，但是运行效率不高。而上面传值的方式，在参数后续不再使用时，可以省去变量完整克隆的运算时间。

那么，传递可修改引用可行吗？

3、fn try_inverse(mat: &mut Mat) -> Option

答案是不可以。我们看传入变量 &mut Mat 和返回结果 Option<Mat> 的语法形式就可以判断出，函数的结果和参数必须是两个独立的矩阵，不可能在参数的基础上构建逆矩阵。如果想利用传入的可变引用，函数声明需要改成下面的形式：

	fn try_inverse(mat: &mut Mat) -> Option<&Mat> {...}   	// .... (4)

这又涉及到变量生命周期问题了。不难看出这个方式传入参数和返回结果，是一种导致语义复杂化、后患无穷的方法。

综上所述，函数声明(1)是一种最合适的形式，它把参数的克隆权交给了使用者，可避免不必要的克隆。声明(2) 虽然让使用者感觉很简洁，但牺牲了算法效率。声明（3）让参数变量冒着被修改的副作用，但没换来任何好处，所以不推荐。声明（4）的副作用问题多多，更不推荐。

二、函数传参技术要点

1、 `foo(x)`:

foo(x) 的语法意义

如果foo函数的参数是按值接收（即它需要一个所有权的拷贝），那么你可以直接传递x。
这种方式下，x的所有权会被移动到foo函数中，之后你就不能再使用原始的x了，因为Rust的所有权规则不允许一个值有多个所有者。

foo(x) 的参数潜在的问题

开发应用程序时，参数 x 大部分是胖指针类型的。如果我们希望函数 foo 调用后，传入的参数在函数执行后还能继续使用，这种参数定义模式下，我们必须按照下面的形式调用：

	...foo(x.clone());...

也就是说，需要把变量的一个完整克隆移动到函数的参数栈，这样才不会影响变量 x 在函数调用后的可用性。但是，变量的完全克隆操作的代价通常很高。

2、 `foo(&x)`:

如果foo函数接收一个引用作为参数（例如fn foo(x: &T)），则你应该传递x的引用（&x）。
在这种情况下，foo函数将获得x的借用，而不是所有权。这意味着你可以在调用foo之后继续使用x。
需要注意的是，根据Rust的借用规则，你不能在借用期间修改x（除非foo接收一个可变引用，即fn foo(x: &mut T)，并且你确实需要修改x）。

3、`foo(x.clone())`:

如果foo函数需要一个值的拷贝，但你希望在调用之后仍然保留对原始x的使用权，你可以克隆x并传递克隆的版本。
这意味着你将创建一个x的完整拷贝，并将其传递给foo函数，同时保留原始x的所有权和使用权。
使用clone()可能会有性能开销，特别是当x很大时，因为它涉及到内存的分配和数据的复制。

在选择使用哪种方式时，你应该考虑以下因素：

函数的参数类型和要求。
你是否需要在调用函数之后继续使用x。
x的大小和复制成本。
是否有必要避免潜在的副作用或修改。

总的来说，在Rust中，这三种方式的选择受到语言所有权和借用规则的深刻影响，你需要根据具体情况来决定使用哪一种。