今天，我們來看 Rust 的生命週期（Lifetime）概念。生命週期是 Rust 借用檢查器用來確保所有借用都是有效的機制，它與所有權系統密切相關。

什麼是生命週期？

生命週期是 Rust 編譯器用來確保所有的引用在被使用時都是有效的。它告訴編譯器不同引用的有效範圍，以防止懸垂指針的產生。

生命週期標註語法

生命週期參數的名稱以撇號（'）開頭，通常使用小寫字母，如 'a：

&i32        // 一個引用
&'a i32     // 具有顯式生命週期的引用
&'a mut i32 // 具有顯式生命週期的可變引用

函數中的生命週期

當函數返回一個引用時，其生命週期必須與某個輸入參數的生命週期相關：

fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
    if x.len() > y.len() {
        x
    } else {
        y
    }
}

這個函數聲明了一個泛型生命週期 'a，並用它標註了兩個參數和返回值。

結構體中的生命週期

當結構體包含引用時，我們需要為每個引用標註生命週期：

struct Excerpt<'a> {
    part: &'a str,
}

這表示 Excerpt 實例的生命週期不能超過 part 字段引用的字串切片。

生命週期省略規則

Rust 有一些生命週期省略規則，在某些常見模式下允許我們省略顯式的生命週期標註：

1. 每個引用參數都有自己的生命週期參數。
2. 如果只有一個輸入生命週期參數，那麼它被賦予所有輸出生命週期參數。
3. 如果有多個輸入生命週期參數，但其中一個是 &self 或 &mut self，那麼 self 的生命週期被賦予所有輸出生命週期參數。

靜態生命週期

'static 是一個特殊的生命週期，它存活於整個程序運行期間：

let s: &'static str = "I have a static lifetime.";

生命週期約束

我們可以使用生命週期參數來限制泛型類型：

use std::fmt::Display;

fn longest_with_an_announcement<'a, T>(
    x: &'a str,
    y: &'a str,
    ann: T,
) -> &'a str
where
    T: Display,
{
    println!("Announcement! {}", ann);
    if x.len() > y.len() {
        x
    } else {
        y
    }
}

實際應用例子

讓我們看一個更複雜的範例，展示生命週期在實際程式中的應用：

struct Config<'a> {
    host: &'a str,
    port: u16,
}

struct Client<'a> {
    config: &'a Config<'a>,
}

impl<'a> Client<'a> {
    fn new(config: &'a Config) -> Client<'a> {
        Client { config }
    }

    fn get_host(&self) -> &'a str {
        self.config.host
    }
}

fn main() {
    let config = Config {
        host: "localhost",
        port: 8080,
    };
    let client = Client::new(&config);
    println!("Connected to: {}", client.get_host());
}