2.1 所有權與借用：線性型別理論的工程實踐#

回顧：為什麼需要所有權#

1.2 節已說明理論源頭（線性邏輯）。本節把焦點放在 Web 開發中所有權如何影響日常的資料建模決策 —— 這才是它對後端工程師的實際意義。

Move、Copy、Clone 三種語意#

// Copy 型別：棧上小值，賦值自動複製（i32, bool, f64）
let a = 42;
let b = a;
println!("{a}"); // OK，i32 是 Copy

// Move 語意：堆積資源，所有權轉移
let s1 = String::from("user input");
let s2 = s1;          // s1 失效 — 避免了 double free

// Clone：明確深拷貝 — 成本由程式碼中的 .clone() 顯性化
let s3 = s2.clone();

設計洞見：Rust 把「拷貝的成本」變成語法上的顯性標記。C++ 中 = 的深拷貝是隱形的效能炸彈；Rust 中 clone() 一目了然。這是「顯性化成本」原則的體現。

借用：只讀別名與可寫別名#

fn length(s: &String) -> usize { s.len() }   // 借用，不取得所有權
fn push(s: &mut String, c: char) { s.push(c) } // 可變借用

規則（編譯期強制）：

\[ \text{任意時刻，對同一值}： \begin{cases} \text{多個 } \&T \quad (\text{共享}) \\ \text{恰好一個 } \&mut T \quad (\text{獨占}) \end{cases} \]

在 Web Handler 中這意味著什麼#

一個 HTTP handler 常常需要「同時讀設定、寫資料庫」。借用規則逼你縮小可變資料的存活範圍：

async fn update_user(
    State(pool): State<PgPool>,          // 克隆的連線池：廉價的 Arc
    Path(id): Path<Uuid>,                // 從 URL 提取
    Json(body): Json<UpdateUser>,        // 從 body 反序列化（取得所有權）
) -> Result<Json<User>, AppError> {
    let user = sqlx::query_as!(User,
        "UPDATE users SET name = $1 WHERE id = $2 RETURNING *",
        body.name, id
    ).fetch_one(&pool).await?;
    Ok(Json(user))
}

注意 body.name 被移動進查詢 —— 之後 body 不可再用。這看似麻煩，實則杜絕了「同一份輸入被用兩次」造成的不一致。

生命週期：引用的有效區間#

// 函數回傳的引用，存活期不得超過輸入
fn first_name<'a>(full: &'a str) -> &'a str {
    full.split(' ').next().unwrap()
}

生命週期標註不改变程式行為，只是給編譯器的證明提示。多數情況編譯器可自動推導（生命周期省略規則），只有歧義時需手寫。

與 GC 語言的心智模型對照#

概念	JavaScript	Rust
傳遞物件	傳引用，隨處可改	預設 move，需 `&` 才共享
修改共用狀態	隨時，可能 race	需 `&mut`（唯一）或鎖
資源釋放	GC 決定時機	作用域結束確定性釋放（RAII）

RAII（Resource Acquisition Is Initialization）源自 C++，Rust 發揚光大：檔案、鎖、資料庫連線都綁定型別的 drop，忘記釋放在編譯期就不可能。

共享狀態的正確姿勢：Arc + Mutex#

Web 伺服器必然有跨請求共享狀態（連線池、快取）。Rust 的解法是顯式包裝：

use std::sync::{Arc, Mutex};

struct AppState {
    counter: Mutex<u64>,   // 編譯器強制：必須鎖住才能改
}

// counter.lock().unwrap() 回傳守衛（guard），
// 守衛 drop 時自動解鎖 — 忘記解鎖不可能

flowchart TD
    A[需要跨執行緒共享] --> B{需要修改?}
    B -->|唯讀| C[Arc<T>]
    B -->|寫入| D[Arc<Mutex<T>>]
    D --> E[lock() 取得守衛]
    E --> F[守衛 drop 自動解鎖]

在 axum 中，State 就是 Arc<AppState> 的語法糖 —— 共享不變的架構狀態用 Arc（原子引用計數，讀取無鎖），可變狀態用 Mutex（或更好的做法：用訊息傳遞，見 2.3 節）。

習題#

解釋為何 String 不實作 Copy 而 i32 實作。若 String 是 Copy 會出什麼問題？

以下程式碼為何編譯失敗？兩種修法？

let mut v = vec![1, 2, 3];
let first = &v[0];
v.push(4);
println!("{first}");

為什麼說 RAII 讓「忘記關連線」成為不可能？與 try...finally 模式比較。