参考书大纲

Rust 默认变量不可更改
Rust 变量允许设置可改变量

疑问与解答

1. 为什么编程语言要设计变量？

变量是从自然语言抽象出来的符号，用来标识计算机地址。例如，数字计算程序

mov [0x7fff5000], 42    ; 把42存到这个地址
add [0x7fff5000], [0x7fff5008]  ; 两个地址的值相加

这段代码，可以是两个数字求和。人将 $42$ 存到计算机内存地址0x7fff5000(像门牌号一样)，然后与另一地址的数字求和。可人类记忆这样的地址串，太麻烦，不如给这些变量，一个符号特指。

类比，我有一份材料放在12 Campbell Rd St Lucia QLD 4067 Australia，我的同学有一份材料放在42 Staff House Rd St Lucia QLD 4067 Australia ，现在我要合并两份材料，我告诉机器，请你将 xx campbell rd… 和 xx Staff House Rd… 的两份材料合并，机器可以快速准确地理解地址。然而，人类觉得很麻烦，记不住这样长串，我只会这样告诉人类同学，请将 Central Library 和 Student Center的材料合并。

这里，Central Library 和 Student Center就是人类声明的变量。

计算机中，变量给内存地址起了名字。例如rust代码let x: i32 = 42, 实际地址是0x7fff5000, 人类起的名字是x，解释规则是i32, x 这个地方存着 $42$ 。类比现实地址，let Central_Library: 搬运的是数字 = 42 实际地址是12 Campbell Rd St Lucia QLD 4067 Australia, 人类起个名字”Central Library”, 这里存着 $42$ 。

解释规则，现实类比，Central Library放着材料，这份材料，是一张纸，纸上有一串墨迹，这个墨迹，可以理解成是一个单纯的数字，一份学生作业答案，一份银行卡密码，某人朋友的生日…，不同的解释规则，得到完全不同的意义。计算机里也一样，内存地址 0x7fff5000 存着4个字节：01000010 00000000 00000000 00000000 (计算机用二进制存储数据，所有数据都是0 1数字组成的数字串)，这4个字节是什么？取决于解释规则：

按 i32 读：整数 66
按 f32 读：一个完全不同的浮点数
按 ASCII 读：字符 'B'

同一个地址，同样的内容，不同的解释规则，得到完全不同的意义。

所以 let x: i32 = 42 里，i32 不只是说”这里存着一个数字”，而是精确规定了：这4个字节要用二进制补码整数的方式来读。

2. 变量声明的系统实现

2.1 认识CPU和内存

想象一个酒店：CPU 是酒店的前台和服务员，寄存器是服务员随身携带、可以改写的便签，内存是酒店的房间，内存地址就是房间号码。为了先理解函数调用，我们暂时只关注内存中的两类区域：代码区和栈区。代码区存储程序编译后的机器指令，比如 main 函数和 add 函数对应的指令。栈区存储函数调用时产生的临时信息，比如局部变量、返回地址、旧 rbp 等。

图

这一节要理解

CPU 负责执行。
寄存器负责临时记录关键值。
内存负责存放代码和数据。
- 代码区放指令。
- 栈区服务函数调用。

2.2 一个例子看运行Rust后发生了什么

fn main() {
    let a = 10;
    add(a);
}

fn add(x: i32) -> i32 {
    let b = 20;
    x + b
}

机器指令写入内存代码区 0x1000 到 0x101c（是main函数部分的机器指令，写出来）… 0x3000到0x401c(是add指令，写出来)

2.3 Const变量怎么实现

2.4 shadowing 旧内存去哪了？

2.1. CPU和内存合作

CPU = 前台工作人员/跑腿的人寄存器 = 工作人员手里的几张便签内存 = 整栋酒店的房间内存地址 = 房间号程序指令 = 工作清单，也放在某些房间里 rip = 当前正在看的工作清单位置 rbp = 当前函数房间的基准房号 rsp = 当前栈房间使用到哪里了

下面代码为例：

fn main() {
    let a = 10;
    add(a);
}

fn add(x: i32) -> i32 {
    let b = 20;
    x + b
}

第一步：程序加载

main 的机器指令放进内存某处；add机器指令放进内存某处。

第二步：CPU执行main

rip= main的第一条指令地址

前台服务员，拿到rip便签，上面写着“去0x1000房间拿下一条指令”，0x1000号房间（内存）里是的指令是进入main函数

第三步：main建立自己的栈帧

服务员找到一列空房间，拿出便条rbp，写下这列空房间的最高地址——main的基准地址push rbp，(这里push rbp吗)这时rip显示下一条指令的地址，店员过去一看，是声明变量a=10，于是店员将10投放在rbp-4房间，这样内存rbp-4位置有了a = 10。再看rip，写着add函数的第一条指令地址，于是：

第四步：main调用add

店员再找到一列空房间，再次push rbp(再次push rbp吗)，这时rbp是main的基准地址，因而第一个（最高地址房间）存折rbp旧值，即main的首指令房间号。rbp便条擦除，写上当前的房号mov rbp, rsp rsp写着当前房号。

第五步：add执行代码

b=20

x+b

第六步：add结束

pop rdp，擦除rdp便条的地址，(这里应该有返回值吧，店员应该回到main列房间了吧，add栈的内存怎么处理？没有回收啊) 回到main（怎么回到的main?）

Rust 变量和可变性