Rust 内存管理

Visualizing memory layout of Rust's data types

Stack & Heap

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Stack

Stack 存储数据和待执行的方法地址

Data Types

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Char

字符，4 Bytes

Turple

• sizeof 得到大小

• align_of 得到对其单位

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Ref

• 借用占据一个字节

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Array and Vector

• Array 编译时大小已知，在栈中分配

• Vec 运行时动态改变大小

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Slice 切片

• 切片的值要在运行时从内存中获取，编译时虽然数组大小已知，但是值要在运行时存入内存

• 所以切片只能引用

• 切片是胖指针，带有其他数据的指针

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String, str, &str

• String 运行时存储在 heap

• str

  • 编译时存储在 read-only memory

  • 字符串拥有 'static 生命周期

  • &str 是胖指针

• 遵循 UTF-8 编码

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Struct

一个 Struct 类型的变量占据的空间是其所有成员占据的空间总和

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Enum

一个 Enum 类型所占据的空间是它占据空间最大的成员的空间

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使用 Box 指针优化最大成员空间

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Option Box

• Option 是一个描述是否有值的枚举

• 使用 Option <Box <>> 描述一个可空的指针

• Option<Box<?>> 不需要序号占据枚举位

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Copy & Move

rust 中变量类型可分为两种：可复制和不可复制

可复制类型拷贝

• 可复制类型赋值会进行拷贝

• 实现了 Copy Trait 的类型称为可复制类型，Copy Trait 表示这个类型可拷贝可克隆

• Copy Trail 需要实现 clone 方法，这个方法调用消耗大比 move 大，非必要就使用转移所有权的 move 来代替 clone

• 值类型和数组默认实现了 Copy Trait，Struct 默认是没有实现 Copy Trait，

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不可复制类型移动

• 没有实现 Copy Trail 的 Struct 称为不可复制类型

• 不可复制类型的赋值执行移动操作，转移所有权

• 不想对不可复制类型移动来赋值，要显式调用 clone 方法

• 实现 Clone Trait 来表示这个类型是不可拷贝但可克隆

• Box 类型和 Box 类型的父类型使用了堆内存

• Box 类型不能实现 Copy Trail，防止重复引用，所以一定是不可复制类型

• 一般是在运行时无法确定类型大小的时候，比如动态集合数据结构、字符串，才会使用 Box

• Drive 生成的 Copy 和 Clone 是递归调用的，要求 Struct 内的所有字段类型都要实现对应的 Trait

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RC

• 当需要共享一个对象时，除了使用借用，还可以使用 RC，每个变量都是所有者

• RC 是智能指针指向内存区域一个类型，并多一个字节记录引用计数

• 相比于 Box 是使用引用计数来释放内存

• 当使用 clone 后将会浅拷贝指向的地址并让引用计数增加

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Send & Sync

Send 类型：支持可以在线程间移动的类型

Sync 类型：支持可以在线程间共用数据

而 RC 不是 Send 和 Sync，因为可能会在更改数据时出现数据竞争

Arc

arc 在 rc 的基础上，对数据的访问进行了原子化限制，防止数据竞争，有额外开销

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Trait object

• 特征对象，指的是对具体对象的特征的引用，类似于使用接口对象代表实体

• Rust 中使用 dyn 声明

• 特征对象结构只有两个指针，一个是指向对象，一个是特征虚函数表，这也称为胖指针

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函数指针

指向函数机器码

闭包

闭包可以有三种特征 trait

Fn,FnOnce, FnMut

FnOnce

• 只能调用一次，无法修改

• 创建 struct 存储外部变量，相当于移动值或引用

• 在一次调用时移动 self 将其消耗掉

• call_once(self)

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FnMut

• 可多次调用，可以修改

• 创建 struct 引用外部变量，

• 需要声明外部变量和闭包都为可变的，因为闭包方法会改变 struct 里借用的变量而改变外部变量

• call_mut(&mut self)

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Fn

• 可多次调用，无法修改

• 调用时借用 self

• call(& self)

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Move Closure

• move 语义，转移变量所有权到闭包中

• 闭包结构体中的变量不再是借用而是直接指向数据

• 当闭包使用的变量之后不再会使用时，通常使用 move

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