【Rust 基础入门】(04) | Rust 所有权

1. 栈内存与堆内存

Rust 中的内存管理主要涉及栈内存和堆内存，这两种内存的使用方式不同，适用于不同的场景。

• 栈内存：存储大小固定的数据，分配和释放速度非常快。栈内存遵循“后进先出”的原则，就像叠盘子一样，放盘子和取盘子都只能从顶部进行。

  • 例子：基础类型（如 i32、char、f64）存储在栈内存中。

• 堆内存：存储大小动态变化的数据，分配和释放速度较慢，但更灵活。堆内存的使用方式类似于仓库，需要先找到一块足够大的空间，然后返回一个指向该空间的指针。

  • 例子：动态字符串（String 类型）存储在堆内存中。

2. 动态字符串与内存管理

Rust 中的 String 类型是一个动态字符串，它允许在运行时动态管理堆内存中的数据，比如分配、增长和修改字符串内容。

• 创建动态字符串：

  let s1 = String::from("hello"); // 在堆内存中分配空间存储 "hello"

  此时，s1 在栈内存中存储了堆内存的指针、字符串长度和容量信息。

• 克隆（深拷贝）： 如果需要对字符串进行修改而不影响原字符串，可以使用 clone 方法进行深拷贝：

  let s3 = s1.clone(); // 在堆内存中复制一份数据，s3 指向新的内存空间
  println!("s1 = {}, s3 = {}", s1, s3); // s1 和 s3 是两个独立的数据

  克隆操作会复制堆内存中的数据，因此对性能有一定影响，尤其是处理大数据或频繁操作时。

3. 所有权机制

Rust 的所有权机制是其内存安全的核心，确保程序在运行时不发生数据竞争、悬垂指针等内存安全问题。

• 所有权三原则：

  1. 每个值都有一个所有者（变量）。
  2. 一个值同时只能有一个所有者。
  3. 当所有者离开作用域时，值会被自动释放（drop）。

• 所有权转移（Move）： 当值被赋值给另一个变量时，所有权会转移，原变量将无法再使用该值。

  let s1 = String::from("hello");
  let s2 = s1; // 所有权从 s1 转移到 s2
  // println!("{}", s1); // 错误：s1 不再拥有数据
  println!("{}", s2); // 正确：s2 拥有数据

• 作用域与内存释放： 变量的有效范围从声明的地方开始，直到当前作用域结束。当变量离开作用域时，其占用的内存会被自动释放。

  {
    let s1 = String::from("hello"); // s1 进入作用域
  } // s1 离开作用域，内存被释放

4. 浅拷贝与所有权转移

在其他语言（如 Java）中，浅拷贝只复制栈内存中的指针，多个变量共享同一块堆内存数据。这种方式效率高，但容易引发数据竞争问题。

Rust 通过所有权机制避免了浅拷贝带来的问题：

• 所有权转移时，只进行“浅拷贝”（复制栈内存中的指针信息），但原变量会失去所有权。
• 新变量接管所有权后，原变量失效，确保每个值只有一个清晰定义的所有者。

5. 总结

• 栈内存用于存储固定大小的数据，速度快。
• 堆内存用于存储动态大小的数据，灵活性高。
• 所有权机制确保内存安全，避免数据竞争。
• 所有权转移涉及浅拷贝和原变量失效，确保每个值只有一个所有者。