2.1 程序内存回顾

译文 · 基于 Comprehensive Rust

原文链接: https://google.github.io/comprehensive-rust/memory-management/review.html

2.1 程序内存回顾

程序以两种方式分配内存：

• 栈（Stack）：存放局部变量的连续内存区域。

  • 值的大小在编译期已知且固定。
  • 极快：只需移动栈指针。
  • 易于管理：随函数调用进出。
  • 内存局部性很好。

• 堆（Heap）：存放函数调用之外的值。

  • 值的大小在运行时动态确定。
  • 比栈稍慢：需要一些簿记开销。
  • 不保证内存局部性。

示例

创建 String 会把固定大小的元数据放在栈上，把动态大小的数据（实际字符串内容）放在堆上：

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// SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
fn main() {
    let s1 = String::from("Hello");
}

 Stack
.- - - - - - - - - - - - - -.      Heap
:                           :     .- - - - - - - - - - - - - - - -.
:    s1                     :     :                               :
:   +-----------+-------+   :     :                               :
:   | capacity  |     5 |   :     :   +----+----+----+----+----+  :
:   | ptr       |     o-+---+-----+-->| H  | e  | l  | l  | o  |  :
:   | len       |     5 |   :     :   +----+----+----+----+----+  :
:   +-----------+-------+   :     :                               :
:                           :     :                               :
`- - - - - - - - - - - - - -'     `- - - - - - - - - - - - - - - -'

• 可以提到：String 底层由 Vec 支撑，因此有 capacity 与 length；若可变，可通过在堆上重新分配来增长。

• 若学员问起，可说明底层内存由 System Allocator 在堆上分配，也可通过 Allocator API 实现自定义分配器。

延伸阅读

可以用 unsafe Rust 查看内存布局。但务必强调：这样做本身就是不安全的！

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// Copyright 2023 Google LLC // SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 fn main() { let mut s1 = String::from("Hello"); s1.push(' '); s1.push_str("world"); // 切勿在生产代码中这样做！仅用于教学演示。 // String 不保证其布局，这样做可能导致未定义行为。 unsafe { let (capacity, ptr, len): (usize, usize, usize) = std::mem::transmute(s1); println!("capacity = {capacity}, ptr = {ptr:#x}, len = {len}"); } }