Antwort.

Die konstante Auswertung in Rust ermöglicht es, einen Teil der Berechnungen oder Initialisierungen zur Kompilezeit durchzuführen, anstatt zur Laufzeit des Programms.

• const deklariert eine unveränderliche Konstante, die zur Kompilezeit berechnet wird und keine Adresse im Speicher hat:

const PI: f64 = 3.1415;

• static deklariert eine globale Variable, die sich in einem bestimmten Speichersegment (normalerweise .data oder .bss) befindet. Eine Mutabilität ist möglich (erfordert unsafe):

static mut GLOBAL_COUNTER: i32 = 0;

• let wird für Variablen auf dem Stack verwendet, deren Wert zur Laufzeit berechnet werden kann, und sie müssen vor der ersten Verwendung initialisiert werden.

const fn ist eine Funktion, deren Ergebnis zur Festlegung eines Wertes für const oder static verwendet werden kann. Solche Funktionen können im konstanten Kontext aufgerufen werden.

const fn factorial(n: usize) -> usize {
    if n == 0 { 1 } else { n * factorial(n - 1) }
}
const FACT_5: usize = factorial(5); // Kompiliert!

Einschränkungen von const fn:

• Es dürfen nur andere const fn verwendet werden,
• Heap-Allokationen (Box::new usw.) sind nicht erlaubt,
• Unsichere Operationen dürfen nicht aufgerufen werden,
• Es gibt keinen Zugriff auf externe Variablen und Funktionen (wenn diese nicht const fn sind).

Fangfrage.

Frage: Kann man jede Funktion im const-Kontext verwenden, wenn ihr Ergebnis nicht verändert wird? Zum Beispiel so:

fn add(a: i32, b: i32) -> i32 { a + b }
const RES: i32 = add(1, 2);

Typische falsche Antwort: Ja, denn die Funktion ist rein und das Ergebnis ist im Voraus bekannt.

Richtige Antwort: Nein, die Funktion muss ausdrücklich als const fn deklariert werden, nur dann kann sie innerhalb einer const-Initialisierung aufgerufen werden. Normale Funktionen werden nur zur Laufzeit aufgerufen!

Beispiel:

const fn add(a: i32, b: i32) -> i32 { a + b }
const RES: i32 = add(1, 2); // Kompiliert!

Beispiele für reale Fehler aufgrund unzureichender Kenntnisse des Themas.

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Geschichte

In einem Projekt mit Berechnungen der dreidimensionalen Geometrie versuchte ein Entwickler, eine Wertetabelle über das Ergebnis eines Aufrufs einer normalen Funktion und nicht einer const fn zu deklarieren. Infolgedessen traten Kompilierungsfehler auf, und der Vorteil der Berechnung zur Kompilezeit ging verloren.

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Geschichte

Die Verwendung von static mut für einen globalen Cache führte zu Datenrennen beim Zugriff aus mehreren Threads (static mut ist nicht sicher!). Man hätte Atomic oder Mutex verwenden müssen, um den Zugriff auf die globale Ressource zu synchronisieren.

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Geschichte

Um die Initialisierung großer Arrays zu beschleunigen, wurden sie als static deklariert, aber es wurde vergessen, dass static immer eine feste Adresse hat, weshalb die Daten nicht wie lokal im Prozessorcache landeten und die Operationen auf dem heißen Logikpfad des Servers langsamer wurden. Man hätte lokale let-Ausdrücke mit Berechnungen zur Laufzeit verwenden müssen.