Rust 栈与堆

栈和堆是我们 Rust 代码在运行时可用的内存区域。

Rust 是一种内存安全的编程语言。为确保 Rust 内存安全，它引入了所有权、引用和借用等概念。

要理解这些概念，我们必须先了解如何在栈和堆之间分配和释放内存。

栈

栈可以看作是一叠书。当我们添加更多书时，我们将它们放在最上面。当我们拿书时，我们从最上面拿。

栈按顺序插入值。它按照相反的顺序获取并移除值。

• 添加数据称为“压栈”。
• 移除数据称为“出栈”。

这种现象在编程中被称为“后进先出 (LIFO)”。

存储在栈上的数据在编译时必须具有固定的大小。Rust 默认会为原始类型在栈上分配内存。

让我们通过一个例子来可视化栈上内存如何分配和释放。

fn foo() {
    let y = 999;
    let z = 333;
}

fn main() {
    let x = 111;
    
    foo();
}

在上面的例子中，我们首先调用 main() 函数。main() 函数有一个变量绑定 x。

当 main() 执行时，我们将一个 32 位整数（x）分配给栈帧。

在表中，“地址”列指的是 RAM 的内存地址。

它从0开始，直到您的计算机有多少 RAM（字节数）。“名称”列指的是变量，“值”列指的是变量的值。

当调用 foo() 时，会分配一个新的栈帧。foo() 函数有两个变量绑定：y 和 z。

数字0、1和2不使用计算机实际使用的地址值。实际上，地址会根据值以一定的字节数分隔。

在 foo() 完成后，其栈帧会被释放。

最后，main() 完成，所有内容都消失了。

Rust 会自动在栈内和栈外进行内存的分配和释放。

堆

与栈相反，大多数时候我们需要将变量（内存）传递给不同的函数，并让它们比单个函数的执行时间更长地存活。这时我们可以使用堆。

我们可以使用 Box<T> 类型在堆上分配内存。例如，

fn main() {
    let x = Box::new(100);
    let y = 222;
    
    println!("x = {}, y = {}", x, y);
}

输出

x = 100, y = 222

让我们可视化上面例子中调用 main() 时的情况。

和之前一样，我们在栈上分配了两个变量 x 和 y。

但是，当调用 Box::new() 时，x 的值会在堆上分配。因此，x 的实际值是指向堆的指针。

内存现在看起来像这样：

在这里，变量 x 持有一个指向地址→ 5678的指针，这是一个用于演示的任意地址。堆可以按任何顺序分配和释放。因此，它可能最终拥有不同的地址，并在地址之间产生空隙。

所以，当 x 消失时，它首先会释放堆上分配的内存。

一旦 main() 完成，我们就会释放栈帧，所有内容都会消失，释放所有内存。

我们可以通过转移所有权来使内存保持更长时间的生命周期，这样堆就可以比分配 Box 的函数更长地存活。要了解更多关于所有权的信息，请访问Rust 所有权。

栈与堆的区别