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Rust变量为啥要设计成默认不可变？

余思洁 4 天前
Rust 定义变量默认是不可变的，如果可变，需要显式关键字 mut 声明。
  1. // 不允许修改
  2. let x = 12;
  3. // 允许修改
  4. let mut y = 13;
复制代码
如果你对不允许修改的变量进行修改，是会直接编译报错的。
1.png

那么 rust 为啥要这样设计呢？
1. 内存安全（Memory Safety）无需垃圾回收器（GC）

Rust 的核心目标是：在不依赖 GC 的前提下保证内存安全。
而不可变变量（let x = ...）是达成这个目标的重要手段。
  1. // 编译错误 - 防止意外修改
  2. let x = 5;
  3. x = 10; // 编译器阻止
  5. // 必须显式声明可变性
  6. let mut y = 5;
  7. y = 10; // OK
复制代码

  • 如果一个变量不可变，那么：

    • 你不能随意修改它的值；
    • 编译器可以确信：只要这个变量存在，其值就是一致的；
    • 多线程访问中，不可变数据天然是线程安全的（无需加锁）；
    • 编译器无需追踪谁在修改它 → 避免数据竞争。

底层原理：编译器在构建“借用检查器”（borrow checker）时，可以将不可变绑定视为只读引用的生命周期，提升静态分析能力。
2. 易于静态分析与编译优化

不可变性让 Rust 编译器在编译期间更容易进行静态分析与优化：

  • 不可变数据不会变化 → 编译器可以提前内联、缓存、优化；
  • 编译器能推导出更精准的生命周期与借用范围；
  • 代码行为更可预测，避免未定义行为（undefined behavior）。
举例：LLVM 后端可以对不可变变量做 aggressive constant folding（通过编译器优化技术对程序中重复出现的常量表达式进行折叠处理，以减少运行时计算量并优化代码体积）、值传播、死代码消除等。
  1. let x = expensive_calculation();
  2. // 编译器知道 x 不会改变，可以：
  3. // 1. 将 x 存储在寄存器中
  4. // 2. 消除重复的内存读取
  5. // 3. 进行常量传播优化
  6. use_value(x);
  7. use_value(x); // 4.编译器可以重用之前的值
复制代码
3. 避免数据竞争（Data Race）

Rust 中的数据竞争是编译错误，而不是运行时错误。默认不可变正好是最好的保护：

  • 数据竞争是指：两个线程同时访问同一变量，且至少一个是写；
  • 默认不可变意味着：你要写变量必须显式 mut 标注，或者加锁；
  • 所有“可变”的行为都必须显式 → 更容易在代码审查中发现问题。
比如在Java语言中，这段代码编译是不会报错的，但是输出结果无法保证，可能为 1（本应是 2）。
这种问题 运行时才暴露问题，可能非常隐蔽且难以调试。
  1. public class RaceConditionExample {
  2.     private static int counter = 0;
  4.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  5.         Thread t1 = new Thread(() -> {
  6.             counter++;  // 不是原子操作
  7.         });
  9.         Thread t2 = new Thread(() -> {
  10.             counter++;  // 不是原子操作
  11.         });
  13.         t1.start();
  14.         t2.start();
  15.         t1.join();
  16.         t2.join();
  18.         System.out.println("Counter: " + counter);
  19.     }
  20. }
复制代码
但是在rust 中会直接编译失败。
  1. use std::thread;
  3. fn main() {
  4.     let mut counter = 0;
  6.     let handle1 = thread::spawn(|| {
  7.         counter += 1; // ❌ 编译失败
  8.     });
  10.     let handle2 = thread::spawn(|| {
  11.         counter += 1; // ❌ 编译失败
  12.     });
  14.     handle1.join().unwrap();
  15.     handle2.join().unwrap();
  16. }
复制代码
运行报错：
2.png

Rust 编译器发现你把一个非线程安全的可变变量 counter 移入了两个线程闭包中，而没有同步机制，于是直接编译错误。
4. 表达设计意图，提升可读性与可维护性

不可变变量也是一种语义提示：

  • let x = 5 → 表示 x 不会改变；
  • let mut x = 5 → 表示 x 的值会变化。
这种强制标记有助于代码维护者理解变量生命周期与职责。
5. 默认安全（safe by default）

Rust 的设计哲学之一是：安全默认（safe by default），也就是说：

  • 只有当程序员显式请求“危险行为”（如 unsafe、mut、裸指针等）时才打开风险；
  • 变量默认不可变 → 编译器可以保证只读访问不会引起内存错误；
  • 需要写权限时，你得自己“承担责任”去标明。

来源：程序园用户自行投稿发布，如果侵权，请联系站长删除
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余思洁
4 天前

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