Validating References with Lifetimes

Quandos falamos sobre referêcias no Capítulo 4, nós deixamos de fora um detalhe importante: toda referência em Rust tem um lifetime, que é o escopo no qual aquela referência é válida. A maior parte das vezes tempos de vida são implícitos e inferidos, assim como a maior parte do tempo tipos são inferidos. Similarmente quando temos que anotar tipos porque múltiplos tipos são possíveis, há casos em que os tempos de vida das referências poderiam estar relacionados de alguns modos diferentes, então Rust precisa que nós anotemos as relações usando parâmetros genéricos de tempo de vida para que ele tenha certeza que as referênciais reais usadas em tempo de execução serão definitivamente válidas.

Sim, é um pouco incomum, e será diferente de ferramentas que você usou em outras linguagens de programação. Tempos de vida são, de alguns jeitos, a característica mais distinta de Rust.

Tempos de vida são um tópico grande que não poderão ser cobertos inteiramente nesse capítulo, então nós vamos cobrir algumas formas comuns que você pode encontrar a sintaxe de tempo de vida nesse capítulo para que você se familiarize com os conceitos. O Capítulo 19 conterá informações mais avançadas sobre tudo que tempos de vida podem fazer.

Tempos de Vida Previnem Referências Soltas

O principal alvo de lifetimes é prevenir referências soltas, quais fazem com que o programa referencie dados quais nós não estamos querendo referenciar. Considere o programa na Listagem 10-18, com um escopo exterior e um interior. O escopo exterior declara uma variável chamada r com nenhum valor inicial, e o escopo interior declara uma variável chamada x com o valor inicial de 5. Dentro do escopo interior, nós tentamos estabelecer o valor de r como uma referência para x. Então, o escopo interior acaba, e nós tentamos imprimir o valor de r:

{
    let r;

    {
        let x = 5;
        r = &x;
    }

    println!("r: {}", r);
}

Listagem 10-18: Uma tentativa de usar uma refência cujo valor saiu de escopo

Variáveis Não Inicializadas Não Podem Ser Usadas

Os próximos exemplos declaram vaŕiáveis sem darem a elas um valor inicial, então o nome da variável existe no escopo exterior. Isso pode parecer um conflito com Rust não ter null. No entanto, se tentarmos usar uma variável antes de atribuir um valor a ela, nós teremos um erro em tempo de compilação. Tente!

Quando compilarmos esse código, nós teremos um erro:

error: `x` does not live long enough
   |
6  |         r = &x;
   |              - borrow occurs here
7  |     }
   |     ^ `x` dropped here while still borrowed
...
10 | }
   | - borrowed value needs to live until here

A variável x não "vive o suficiente". Por que não? Bem, x vai sair de escopo quando passarmos pela chaves na linha 7, terminando o escopo interior. Mas r é válida para o escopo exterior; seu escopo é maior e dizemos que ela "vive mais tempo". Se Rust permitisse que esse código funcionasse, r estaria fazendo uma referência à memória que foi desalocada quando x saiu de escopo, e qualquer coisa que tentássemos fazer com r não funcionaria corretamente. Então como o Rust determina que esse código não deve ser permitido?

O Verificador de Empréstimos

A parte do compilador chamada de verificador de empréstimos compara escopos para determinar que todos os empréstimos são válidos. A Listagem 10-19 mostra o mesmo exemplo da Listagem 10-18 com anotações mostrando os tempos de vida das variáveis.

{
    let r;         // -------+-- 'a
                   //        |
    {              //        |
        let x = 5; // -+-----+-- 'b
        r = &x;    //  |     |
    }              // -+     |
                   //        |
    println!("r: {}", r); // |
                   //        |
                   // -------+
}

Listagem 10-19: Anotações de tempos de vida de r e x, chamadas de a e b respectivamente

Nós anotamos o tempo de vida de r com a e o tempo de vida de x com b. Como você pode ver, o bloco interior de 'b é bem menor que o bloco de tempo de vida do exterior 'a'. Em tempo de compilação, o Rust compara o tamanho dos dois tempos de vida e vê que r tem um tempo de vida de 'a, mas que ele se refere a um objeto com um tempo de vida 'b. O programa é rejeitado porque o tempo de vida de 'b é mais curto que o tempo de vida de 'a: o sujeito da referência não vive tanto quanto a referência.

Vamos olhar para o exemplo na Listagem 10-20 que não tenta fazer uma referência solta e compila sem nenhum erro:


# #![allow(unused_variables)]
#fn main() {
{
    let x = 5;            // -----+-- 'b
                          //      |
    let r = &x;           // --+--+-- 'a
                          //   |  |
    println!("r: {}", r); //   |  |
                          // --+  |
}                         // -----+
#}

Listagem 10-20: Uma referência válida porque os dados têm um tempo de vida maior do que o da referência

Aqui, x tem o tempo de vida de 'b, que nesse caso tem um tempo de vida maior que o de 'a. Isso quer dizer que r pode referenciar x: o Rust sabe que a referência em r será sempre válida enquanto x for válido.

Agora que mostramos onde os tempos de vida de referências estão em um exemplo concreto e discutimos como Rust analisa tempos de vida para garantir que referências sempre serão válidas, vamos falar sobre tempos de vidas genéricos de parâmetros e retornar valores no contexto das funções.

Tempos de Vida Génericos em Funções

Vamos escrever uma função que retornará a mais longa de dois cortes de string. Nós queremos ser capazes de chamar essa função passando para ela dois cortes de strings, e queremos que retorne uma string. O código na Listagem 10-21 deve imprimir A string mais longa é abcd uma vez que tivermos implementado a função maior:

Nome do Arquivo: src/main.rs

fn main() {
    let string1 = String::from("abcd");
    let string2 = "xyz";

    let resultado = maior(string1.as_str(), string2);
    println!("A string mais longa é {}", resultado);
}

Listagem 10-21: Uma função main que chama pela função maior para achar a mais longa entre duas strings

Note que queremos que a função pegue cortes de string (que são referências, como falamos no Capítulo 4) já que não queremos que a função maior tome posse de seus argumentos. Nós queremos que uma função seja capaz de aceitar cortes de uma String (que é o tipo de variável string1) assim como literais de string (que é o que a variável strin2 contém).

Recorra à seção do Capítulo 4 "Cortes de Strings como Parâmetros" para mais discussões sobre porque esses são os argumentos que queremos.

Se tentarmos implementar a função maior como mostrado na Listagem 10-22 ela não vai compilar:

Nome do arquivo: src/main.rs

fn maior(x: &str, y: &str) -> &str {
    if x.len() > y.len() {
        x
    } else {
        y
    }
}

Listagem 10-22: Uma implementação da função maior que retorna o mais longo de dois cortes de string, mas ele não compila ainda

Ao invés disso recebemos o seguinte erro que fala sobre tempos de vida:

error[E0106]: missing lifetime specifier
   |
1  | fn maior(x: &str, y: &str) -> &str {
   |                                 ^ expected lifetime parameter
   |
   = help: this function's return type contains a borrowed value, but the
   signature does not say whether it is borrowed from `x` or `y`

O texto de ajuda está nos dizendo que o tipo de retorno precisa de um parâmetro de tempo de vida genérico nele porque o Rust não pode dizer se a referência que está sendo retornada se refere a x ou y. Atualmente, nós também não sabemos, já que o bloco if no corpo dessa função retorna uma referência para x e o bloco else retorna uma referência para y!

Enquanto estamos definindo essa função, não sabemos os valores concretos que serão passados para essa função, então não sabemos se o caso if ou o caso else será executado. Nós também não sabemos os tempos de vida concretos das referências que serão passadas, então não podemos olhar para esses escopos como fizemos nas Listagem 10-19 e 10-20 afim de determinar que a referência que retornaremos sempre será válida. O verificador de empréstimos não consegue determinar isso também porque não sabe como os tempos de vida de x e y se relacionam com o tempo de vida do valor de retorno. Nós vamos adicionar parâmetros genéricos de tempo de vida que definirão a relação entre as referências para que o verificador de empréstimos possa fazer sua análise.

Sintaxe de Anotação de Tempo de Vida

Anotações de tempo de vida não mudam quanto tempo qualquer uma das referências envolvidas viverão. Do mesmo modo que funções podem aceitar qualquer tipo de assinatura que especifica um parâmetro de tipo genérico, funções podem aceitar referências com qualquer tempo de vida quando a assinatura especificar um parâmetro genérico de tempo de vida. O que anotações de tempo de vida fazem é relacionar os tempos de vida de múltiplas referências uns com os outros.

Anotações de tempo de vida tem uma sintaxe levemente incomum: os nomes dos parâmetros de tempos de vida precisam começar com uma apóstrofe '. Os nomes dos parâmetros dos tempos de vida são usualmente todos em caixa baixa, e como tipos genéricos, seu nome usualmente são bem curtos. 'a é o nome que a maior parte das pessoas usam por padrão. Parâmetros de anotações de tempos de vida vão depois do & de uma referência, e um espaço separa a anotação de tempo de vida do tipo da referência.

Aqui vão alguns exemplos: nós temos uma referência para um i32 sem um parâmetro tempo de vida, uma referência para um i32 que tem um parâmetro de tempo de vida chamado 'a:

&i32        // uma referência
&'a i32     // uma referência com um tempo de vida explícito
&'a mut i32 // uma referência mutável com um tempo de vida explícito

Uma anotação de tempo de vida por si só não tem muito significado: anotações de tempos de vida dizem ao Rust como os parâmetros genéricos de tempos de vida de múltiplas referências se relacionam uns com os outros. Se tivermos uma função com o parâmetro primeiro que é uma referência para um i32 que tem um tempo de vida de 'a, e a função tem outro parâmetro chamado segundo que é outra referência para um i32 que também possui um tempo de vida 'a, essas duas anotações de tempo de vida com o mesmo nome indicam que as referências primeiro e segundo precisam ambas viver tanto quanto o mesmo tempo de vida genérico.

Anotações de Tempo de Vida em Assinaturas de Funções

Vamos olhar para anotações de tempo de vida no contexto da função maior que estamos trabalhando. Assim como parâmetros de tipos genéricos, parâmetros de tempos de vida genéricos precisam ser declarados dentro de colchetes angulares entre o nome da função e a lista de parâmetros. A limitanção que queremos dar ao Rust é que para as referências nos parâmetros e o valor de retorno devem ter o mesmo tempo de vida, o qual nomearemos 'a e adicionaremos para cada uma das referências como mostrado na Listagem 10-23:

Nome do Arquivo: src/main.rs


# #![allow(unused_variables)]
#fn main() {
fn maior<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
    if x.len() > y.len() {
        x
    } else {
        y
    }
}
#}

Listagem 10-23: A definição da função maior especifica todas as referências na assinatura como tendo o mesmo tempo de vida, 'a

Isso compilará e produzirá o resultado que queremos quando usada com a função main na Listagem 10-21.

A assinatura de função agora diz que pra algum tempo de vida 'a, a função receberá dois parâmetros, ambos serão cortes de string que vivem pelo menos tanto quanto o tempo de vida 'a. A função retornará um corte de string que também vai durar tanto quanto o tempo de vida 'a. Esse é o contrato que estamos dizendo ao Rust que queremos garantir.

Especificando os parâmetros de tempo de vida nessa assinatura de função, não estamos modificando os tempos de vida de quaisquer valores passados ou retornados, mas estamos dizendo que quaisqueres valores que não concordem com esse contrato devem ser rejeitados pelo verificador de empréstimos. Essa função não sabe (ou não precisa saber) exatamente quanto tempo x e y vão viver, apenas precisa saber que existe algum escopo que pode ser substituído por 'a que irá satisfazer essa assinatura.

Quando estiver anotando tempos de vidas em funções, as anotações vão na assinatura da função, e não no código no corpo da função. Isso acontece porque o Rust consegue analisar o código dentro da função sem nenhuma ajuda, mas quando uma função tem referências para ou de códigos de fora daquela função, os tempos de vida dos argumentos ou os valores de retorno poderão ser diferentes cada vez que a função é chamada. Isso seria incrivelmente custoso e frequentemente impossível para o Rust descobrir. Nesse caso, precisamos anotar os tempos de vida nós mesmos.

Quando referências concretas são passadas para maior, o tempo de vida concreto que é substituído por 'a é a parte do escopo de x que sobrepõe o escopo de y. Já que escopos sempre se aninham, outra maneira de dizer isso é que o tempo de vida genérico 'a terá um tempo de vida concreto igual ao menor dos tempos de vida de x e y. Porque nós anotamos a referência retornada com o mesmo parâmetro 'a, a referência retornada será portanto garantida de ser válida tanto quanto for o tempo de vida mais curto de x e y.

Vamos ver como isso restringe o uso da função maior passando referências que tem diferentes tempos de vida concretos. A Listagem 10-25 é um exemplo direto que deve corresponder suas intuições de qualquer linguagem: string1 é válida até o final do escopo exterior, strin2 é válida até o final do escopo, a string2 é válida até o final do escopo interior. Com o verificador de empréstimos aprovando esse código; ele vai compilar e imprimir A string mais longa é:

Nome do arquivo: src/main.rs

# fn maior<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
#     if x.len() > y.len() {
#         x
#     } else {
#         y
#     }
# }
#
fn main() {
    let string1 = String::from("a string longa é longa");

    {
        let string2 = String::from("xyz");
        let resultado = maior(string1.as_str(), string2.as_str());
        println!("A string mais longa é {}", resultado);
    }
}

Listagem 10-24: Usando a função maior com referências para valores de String que tem tempos de vida concretos diferentes

Em seguida, vamos tentar um exemplo que vai mostrar que o tempo de vida da referência em resultado precisa ser o menor dos tempos de vida dos dois argumentos. Nós vamos mover a declaração da variável resultado para fora do escopo interior, mas deixar a atribuição do valor para a variável resultado dentro do escopo com string2. Em seguida, vamos mover o println! que usa o resultado fora do escopo interior, depois que ele terminou. O código na Listagem 10-25 não compilará:

Nome do arquivo: src/main.rs

fn main() {
    let string1 = String::from("a string longa é longa");
    let resultado;
    {
        let string2 = String::from("xyz");
        resultado = longest(string1.as_str(), string2.as_str());
    }
    println!("A string mais longa é {}", resultado);
}

Listagem 10-25: A tentativa de usar resultado depois que string2 saiu de escopo não compilará

Se tentarmos compilar isso, receberemos esse erro:

error: `string2` does not live long enough
   |
6  |         resultadod = longest(string1.as_str(), string2.as_str());
   |                                            ------- borrow occurs here
7  |     }
   |     ^ `string2` dropped here while still borrowed
8  |     println!("The longest string is {}", result);
9  | }
   | - borrowed value needs to live until here

O erro está dizendo que para resultado ser válido para println!, a string2 teria que ser válida até o final do escopo exterior. Rust sabe disso porque nós anotamos os tempos de vida dos parâmetros da função e retornamos valores com o mesmo parâmetro do tempo de vida, 'a.

Nós podemos olhar para esse código como humanos e ver que a string1 é mais longa, e portanto resultado conterá a referência para a string1. Porque a string1 não saiu de escopo ainda, a referência para string1 ainda será válida para o println!. No entanto, o que dissemos ao Rust com os parâmetros de tempo de vida é que o tempo de vida da referência retornado pela função maior é o mesmo que o menor dos tempos de vida das referências passadas. Portanto, o verificador de empréstimos não permite o código da Listagem 10-25 como possível já que tem um referência inválida.

Tente fazer mais alguns experimentos que variam os valores e os tempos de vidas das referências passadas para a função maior e como a referência retornada é usada. Crie hipóteses sobre seus experimentos se eles vão passar pelo verificador de empréstimos ou não antes de você compilar, e então cheque para ver se você está certo!

Pensando em Termos de Tempos de Vida

O modo exato de especificar parâmetros de tempos de vida depende do que sua função está fazendo. Por exemplo, se mudaramos a implementação da função maior para sempre retornar o primeiro argumento ao invés do corte de string mais longo, não precisaríamos especificar um tempo de vida no parâmetro y. Este código compila:

Nome do arquivo: src/main.rs


# #![allow(unused_variables)]
#fn main() {
fn longest<'a>(x: &'a str, y: &str) -> &'a str {
    x
}
#}

Nesse exemplo, especificamos o tempo de vida do parâmetro 'a para o parâmetro x e o tipo de retorno, mas, não para o parâmetro y, já que o tempo de vida de y não tem qualquer relação com o tempo de vida x ou o valor retornado.

Quando retornarmos uma referência de um uma função, o parâmetro de tempo de vida para o tipo de retorno precisa combinar o parâmetro do tempo de vida de um dos argumentos. Se a referência retornada não refere a nenhum dos argumentos, a única outra possibilidade é que refira a um valor criado dentro da função, o que seria uma referência solta já que o valor sairá de escopo no fim da função. Considere essa tentativa da função maior que não compilará:

Nome do arquivo: src/main.rs

fn maior<'a>(x: &str, y: &str) -> &'a str {
    let resultado = String::from("string muito longa");
    resultado.as_str()
}

Mesmo especificando um parâmetro de tempo de vida 'a para o tipo de retorno, essa implementação falha em compilar porque o valor de retorno do tempo de vida não é relacionado com o tempo de vida dos parâmetros de forma alguma. Esta é a mensagem de erro que recebemos:

error: `resultado` does not live long enough
  |
3 |     resultado.as_str()
  |     ^^^^^^ does not live long enough
4 | }
  | - borrowed value only lives until here
  |
note: borrowed value must be valid for the lifetime 'a as defined on the block
at 1:44...
  |
1 | fn maior<'a>(x: &str, y: &str) -> &'a str {
  |                                             ^

O problema é que resultado sairá de escopo e será limpo no final da função maior, e estamos tentando retornar uma referência para resultado da função. Não há nenhum modo que possamos especificar parâmetros de tempo de vida que mudariam uma referência solta, e o Rust não nos deixará criar uma referência solta. Nesse caso, a melhor solução seria retornar um tipo de dado com posse ao invés de uma referência de modo que a função chamadora é então responsável por limpar o valor.

Em última análise, a sintaxe de tempo de vida é sobre conectar tempos de vida de vários argumentos e retornar valores de funções. Uma vez que estão conectados, o Rust tem informação o suficiente para permitir operações seguras de memória e não permitir operações que criariam ponteiros soltos ou outro tipo de violação à segurança da memória.

Anotações de Tempo de Vida em Definições de Struct

Até agora, nós só definimos structs para conter tipos com posse. É possível para structs manter referências, mas precisamos adicionar anotações de tempo de vida em todas as referências na definição do struct. A Listagem 10-26 tem a struct chamada ExcertoImportante que contém um corte de string:

Nome do arquivo: src/main.rs

struct ExcertoImportante<'a> {
    parte: &'a str,
}

fn main() {
    let romance = String::from("Chame-me Ishmael. Há alguns anos...");
    let primeira_sentenca = romance.split('.')
        .next()
        .expect("Não pôde achar um '.'");
    let i = ImportantExcerpt { parte: primeira_sentenca };
}

Listagem 10-26: Um struct que contém uma referência, então sua definição precisa de uma anotação de tempo de vida

Esse struct tem um campo, parte, que contém um corte de string, que é uma referência. Assim como tipos genéricos de dados, temos que declarar o nome do parâmetro genérico de tempo de vida dentro de colchetes angulares depois do nome do struct para que possamos usar o parâmetro de tempo de vida no corpo da definição do struct.

A função main cria uma instância da struct ExcertoImportante que contém uma referência pra a primeira sentença da String com posse da variável romance.

Elisão de Tempo de Vida

Nessa seção, nós aprendemos que toda referência tem um tempo de vida, e nós precisamos especificar os parâmetros dos tempos de vida para funções ou estruturas que usam referências. No entanto, no Capítulo 4 nós tínhamos a função na seção "Cortes de Strings", mostradas novamente na Listagem 10-27, que compilam sem anotações de tempo de vida:

Nome do arquivo: src/lib.rs


# #![allow(unused_variables)]
#fn main() {
fn primeira_palavra(s: &str) -> &str {
    let bytes = s.as_bytes();

    for (i, &item) in bytes.iter().enumerate() {
        if item == b' ' {
            return &s[0..i];
        }
    }

    &s[..]
}
#}

Listagem 10-27: Uma função definida no Capítulo 4 que compila sem anotações de tempo de vida, mesmo o parâmetro e o tipo de retorno sendo referências

A razão pela qual essa função compila sem anotações de tempo de vida é histórica: em versões mais antigas de pre Rust-1.0, isso não teria compilado. Toda referência precisava de um tempo de vida explícito. Naquele tempo, a assinatura da função teria sido escrita da seguinte forma:

fn primeira_palavra<'a>(s: &'a str) -> &'a str {

Depois de escrever muito código em Rust, o time de Rust descobriu que os programadores de Rust estavam digitando as mesmas anotações de tempo de vida de novo e de novo. Essas situações eram previsíveis e seguiam alguns padrões determinísticos. O time de Rust programou esses padrões no compilador de código de Rust para que o verificador de empréstimos pode inferir os tempos de vida dessas situações sem forçar o programador adicionar essas anotações explicitamente.

Nós mencionamos essa parte da história de Rust porque é inteiramente possível que mais padrões determinísticos surgirão e serão adicionado ao compilador. No futuro, até menos anotações de tempo de vida serão necessárias.

Os padrões programados nas análises de referência de Rust são chamados de regras de elisão de tempo de vida. Essas não são regras para o programador seguir; as regras são um conjunto de casos particular que o compilador irá considerar, e se seu código se encaixa nesses casos, você não precisa escrever os tempos de vida explicitamente.

As regras de elisão não fornecem total inferência: se o Rust aplicar as regras de forma determinística ainda podem haver ambiguidades como quais tempos de vida as referências restantes deveriam ter. Nesse caso, o compilador dará um erro que pode ser solucionado adicionando anotações de tempo de vida que correspondem com as suas intenções para como as referências se relacionam umas com as outras.

Primeiro, algumas definições: Tempos de vida em parâmetros de funções ou métodos são chamadas tempos de vida de entrada, e tempos de vida em valores de retorno são chamados de tempos de vida de saída.

Agora, as regras que o compilador usa para descobrir quais referências de tempos de vidas têm quando não há anotações explícitas. A primeira regra se aplica a tempos de vida de entrada, e a segunda regra se aplica a tempos de vida de saída. Se o compilador chega no fim das três regras e ainda há referências que ele não consegue descobrir tempos de vida, o compilador irá parar com um erro.

  1. Cada parâmetro que é uma referência tem seu próprio parâmetro de tempo de vida. Em outras palavras, uma função com um parâmetro tem um parâmetro de tempo de vida: fn foo<'a>(x: &'a i32), uma função com dois argumentos recebe dois parâmetros de tempo de vida separados: fn foo<'a, 'b>(x: &'a i32, y: &'b i32), e assim por diante.

  2. Se há exatamente uma entrada de parâmetro de tempo de vida, aquele tempo de vida é atribuído para todos os parâmetros de saída do tempo de vida: fn foo<'a>(x: &'a i32) -> &'a i32.

  3. Se há múltiplas entradas de parâmetros de tempo de vida, mas uma delas é &self ou &mut self porque é um método, então o tempo de vida de self é atribuído para todos os parâmetro de tempo de vida de saída. Isso melhora a escrita de métodos

Vamos fingir que somos o compilador e aplicamos essas regras para descobrir quais os tempos de vida das referências na assinatura da função primeira_palavra na Listagem 10-27. A assinatura começa sem nenhum tempo de vida associado com as referências:

fn primeira_palavra(s: &str) -> &str {

Então nós (como o compilador) aplicamos a primeira regra, que diz que cada parâmetro tem sem próprio tempo de vida. Nós vamos chama-lo de 'a como é usual, então agora a assinatura é:

fn primeira_palavra<'a>(s: &'a str) -> &str {

À segunda regra, que se aplica porque existe apenas um tempo de vida. A segunda regra diz que o tempo de vida de um parâmetro de entrada é atribuído a um tempo de vida de saída, então agora a assinatura é:

fn primeira_palavra<'a>(s: &'a str) -> &'a str {

Agora todas as referências nessa assinatura de função possuem tempos de vida, e o compilador pode continuar sua análise sem precisar que o programador anote os tempos de vida na assinatura dessa função.

Vamos fazer outro exemplo, dessa vez com a função maior que não tinha parâmetros de tempo de vida quando começamos a trabalhar com ela na Listagem 10-22:

fn maior(x: &str, y: &str) -> &str {

Fingindo que somos o compilador novamente, vamos aplicar a primeira regra: cada parâmetro tem seu próprio tempo de vida. Dessa vez temos dois parâmetros, então temos dois tempos de vida:

fn maior<'a, 'b>(x: &'a str, y: &'b str) -> &str {

Olhando para a segunda regra, ela não se aplica já que há mais de uma entrada de tempo de vida. Olhando para a terceira regra, ela também não se aplica porque isso é uma função e não um método, então nenhum dos parâmetros são self. Então, acabaram as regras, mas não descobrimos qual é o tempo de vida do tipo de retorno. É por isso que recebemos um erro quando tentamos compilar o código da Listagem 10-22: o compilador usou as regras de elisão de tempo de vida que sabia, mas ainda sim não conseguiu descobrir todos os tempos de vida das referências na assinatura.

Porque a terceira regra só se aplica em assinaturas de métodos, vamos olhar tempos de vida nesse contexto agora, e ver porque a terceira regra significa que não temos que anotar tempos de vida em assinaturas de métodos muito frequentemente.

Anotações de Tempo de Vida em Definições de Métodos

Quando implementamos métodos em uma struct com tempos de vida, a sintaxe é novamente a mesma da de parâmetros de tipos genéricos que mostramos na Listagem 10-11: o lugar que parâmetros de tempos de vida são declarados e usados depende se o parâmetro de tempo de vida é relacionado aos campos do struct ou aos argumentos dos métodos e dos valores de retorno.

Nomes de tempos de vida para campos de estruturas sempre precisam ser declarados após a palavra-chave impl e então usadas após o nome da struct, já que esses tempos de vida são partes do tipo da struct.

Em assinaturas de métodos dentro do bloco impl, as referências podem estar amarradas às referências de tempo de vida nos campos de struct, ou elas podem ser independentes. Além disso, as regras de elisão de tempo de vida constantemente fazem com que anotações não sejam necessárias em assinaturas de métodos. Vamos ver alguns exemplos usando a struct chamada ExcertoImportante que definimos na Listagem 10-26.

Primeiro, aqui há um método chamado level. O único parâmetro é uma referência para self, e o valor de retorno é apenas um i32, não uma referência para nada:


# #![allow(unused_variables)]
#fn main() {
# struct ExcertoImportante<'a> {
#     part: &'a str,
# }
#
impl<'a> ExcertoImportante<'a> {
    fn level(&self) -> i32 {
        3
    }
}
#}

A declaração do parâmetro de tempo de vida depois de impl e uso depois do tipo de nome é obrigatório, mas nós não necessariamente precisamos de anotar o tempo de vida da referência self por causa da primeira regra da elisão.

Aqui vai um exemplo onde a terceira regra da elisão de tempo de vida se aplica:


# #![allow(unused_variables)]
#fn main() {
# struct ExcertoImportante<'a> {
#     part: &'a str,
# }
#
impl<'a> ExcertoImportante<'a> {
    fn anuncio_e_parte_de_retorno(&self, anuncio: &str) -> &str {
        println!("Atenção por favor: {}", anuncio);
        self.part
    }
}
#}

Há dois tempos de vida de entrada, então o Rust aplica a primeira regra de elisão de tempos de vida e dá ambos ao &self e ao anuncio seus próprios tempos de vida. Então, porque um dos parâmetros é self, o tipo de retorno tem o tempo de vida de &self e todos os tempos de vida foram contabilizados.

O Tempo de Vida Estático

Há um tipo especial de tempo de vida que precisamos discutir: 'static. O tempo de vida static é a duração completa do programa. Todos os literais de string têm um tempo de vida static, o qual podemos escolher anotar como o seguinte:


# #![allow(unused_variables)]
#fn main() {
let s: &'static str = "Eu tenho um tempo de vida estático.";
#}

O texto dessa string é guardado diretamente no binário do seu programa e o binário do seu programa está sempre disponível. Logo, o tempo de vida de todas as literais de string é 'static.

Você pode ver sugestões de usar o tempo de vida 'static em uma mensagem de ajuda de erro, mas antes de especificar 'static como o tempo de vida para uma referência, pense sobre se a referência que você tem é uma que vive todo o tempo de vida do seu programa ou não (ou mesmo se você quer que ele viva tanto, se poderia). Na maior parte do tempo, o probléma no código é uma tentativa de criar uma referência solta ou uma incompatibilidade dos tempos de vida disponíveis, e a solução é consertar esses problemas, não especificar um tempo de vida 'static.

Parâmetros de Tipos Genéricos, Limites de Trais e Tempos de Vida Juntos

Vamos rapidamente olhar para a sintaxe de especificar parâmetros de tipos genéricos, limites de traits e tempos de vida todos em uma função!


# #![allow(unused_variables)]
#fn main() {
use std::fmt::Display;

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

Essa é a função maior da Listagem 10-23 que retorna a maior de dois cortes de string, mas com um argumento extra chamado ann. O tipo de ann é o tipo genérico T, que pode ser preenchido por qualquer tipo que implemente o trait Display como está especificado na cláusula where. Esse argumento extra será impresso antes da função comparar os comprimentos dos cortes de string, que é porque o trait de Display possui um limite. Porque tempos de vida são um tipo genérico, a declaração de ambos os parâmetros de tempo de vida 'a e o tipo genérico T vão na mesma lista com chaves angulares depois do nome da função.

Sumário

Nós cobrimos várias coisas nesse capítulo! Agora que você sabe sobre parâmetros de tipos genéricos, traits e limites de traits, e parâmetros genéricos de tempo de vida, você está pronto para escrever código que não é duplicado mas pode ser usado em muitas situações. Parâmetros de tipos genéricos significam que o código pode ser aplicado a diferentes tipos. Traits e limites de traits garantem que mesmo que os tipos sejam genéricos, esses tipos terão o comportamento que o código precisa. Relações entre tempos de vida de referências especificadas por anotações de tempo de vida garantem que esse código flexível não terá referências soltas. E tudo isso acontece em tempo de compilação para que a performace em tempo de execução não seja afetada!

Acredite ou não, há ainda mais para aprender nessas áreas: Capítulo 17 discutirá objetos de trait, que são outro modo de usar traits. O Capútulo 19 vai cobrir cenários mais complexos envolvendo anotações de tempo de vida. O Capítulo 20 vai tratar de alguns tipos avançados de características do sistema. Em seguida, porém, vamos falar sobre como escrever testes em Rust para que possamos ter certeza que nosso código usando todas essas características está funcionando do jeito que queremos!