Rust堆棧

Rust中各種類型的值默認(rèn)都存儲(chǔ)在棧中，除非顯式地使用Box::new()將它們存放在堆上，但數(shù)據(jù)要存放在棧中，要求其數(shù)據(jù)類型的大小已知。對(duì)于靜態(tài)大小的類型，可直接存儲(chǔ)在棧上，如裸指針、布爾、字符、整數(shù)浮點(diǎn)數(shù)，數(shù)組等。
動(dòng)態(tài)大小的（Vec、string）都是存堆的
一些注意事項(xiàng)

• 棧中的數(shù)據(jù)賦值給變量的時(shí)候，數(shù)據(jù)是直接放在棧中的。
• 類型的值都默認(rèn)放在棧中，所以創(chuàng)建引用的時(shí)候，引用的是棧里的值。
• 容器中保存的是原始類型的棧里的值或者指向堆數(shù)據(jù)的引用
• 字符串字面量，static靜態(tài)變量都會(huì)硬編碼嵌入到二進(jìn)制程序的全局內(nèi)存區(qū)
• const定義的常量，會(huì)在編譯期間直接以硬編碼的方式內(nèi)聯(lián)插入到使用常量的地方，即，直接硬編碼到對(duì)應(yīng)代碼行。同時(shí)函數(shù)也可以內(nèi)聯(lián)，即函數(shù)對(duì)應(yīng)代碼體會(huì)直接展開(kāi)并插入到調(diào)用函數(shù)的地方，省去調(diào)用函數(shù)的開(kāi)銷。
  

位置與值

位置：某一塊內(nèi)存位置，它有自己的地址，有自己的空間，有自己所保存的值。
值：存儲(chǔ)到位置中的數(shù)據(jù)(即保存在內(nèi)存中的數(shù)據(jù))
位置的產(chǎn)生

• 會(huì)產(chǎn)生變量的時(shí)候（初始化）
• 需要保存某個(gè)值的時(shí)候（函數(shù)調(diào)用參數(shù)和返回值）
• 產(chǎn)生新的值（引用，解引用）
  

let 語(yǔ)句

let a = 1;
a：為變量名，也是對(duì)內(nèi)存位置的一個(gè)可讀代號(hào)，編譯期間會(huì)被替換為更低級(jí)的代號(hào)或者直接為地址。也就是位置，是存值1的一塊內(nèi)存。
每個(gè)位置就是它所放值的所有值，因?yàn)槊總€(gè)值都只能存放在一個(gè)位置中，所以每個(gè)值都只能有一個(gè)所有者。
let v = vec![1, 2, 3, 4];
v：位置，代表?xiàng)Ｖ械囊粔K內(nèi)存，值是一個(gè)指針地址，實(shí)際數(shù)據(jù)是放在堆里的。

引用

Rust的引用是一種原始數(shù)據(jù)類型，位置仍然是棧里，保存的值和指針一樣，是一個(gè)地址。該地址指向了**位置（**也就是前面的a和v）
如

let n = 33; // 假設(shè)n的地址為0x234
let nn = &n; // 假設(shè)nn的地址為0x123

那么，nn的位置是0x123，它存的值是0x234，也就是n的地址。
編譯器維護(hù)棧內(nèi)存，所以它知道棧中的某個(gè)內(nèi)存是否安全，而堆內(nèi)存由程序員自己負(fù)責(zé)，程序員自己的行為是無(wú)法保證安全的。
所以，Rust的行為模式是將是涉及到內(nèi)存安全的概念扔到棧上，讓程序員遠(yuǎn)離對(duì)堆的操作。所以，允許允許對(duì)棧中同一個(gè)數(shù)據(jù)的多個(gè)指向，不允許對(duì)堆中同一個(gè)內(nèi)存的多個(gè)指向，即變量存在多個(gè)引用，但所有權(quán)只能有一個(gè)。

位置的屬性

位置的屬性和狀態(tài)都由編譯器在編譯期進(jìn)行維護(hù)。
位置有類型，有標(biāo)記（是否被引用，可變引用還是不可變，共享還是獨(dú)占等等），根據(jù)位置的類型是否實(shí)現(xiàn)Copy Trait來(lái)決定該位置的是拷貝還是移走。

所有權(quán)和借用

變量作用域

我們知道rust 變量在脫離作用域之后就會(huì)被銷毀，但事實(shí)是，變量在跳出作用域時(shí)，會(huì)自動(dòng)Drop Trait的drop函數(shù)來(lái)銷毀內(nèi)存中堆和棧的數(shù)據(jù)，全局內(nèi)存中的數(shù)據(jù)是從程序啟動(dòng)到終止期間一直存在。
另外rust的作用域?yàn)橐粚?duì)大括號(hào){}，大括號(hào)的作用域是可以訪問(wèn)大括號(hào)外部的變量，而在函數(shù)的作用域內(nèi)則不行，這被稱為捕獲環(huán)境，函數(shù)是不能捕獲環(huán)境的，而大括號(hào)可以捕獲環(huán)境。

數(shù)據(jù)的拷貝

由于所有權(quán)問(wèn)題和變量脫離作用域而引起的內(nèi)存二次釋放問(wèn)題，rust是不允許有兩個(gè)指針同時(shí)指向同一塊內(nèi)存的。所以rust 沒(méi)有淺拷貝和深拷貝的概念，取而代之的是move、copy和clone。

• move：也就是轉(zhuǎn)移所有權(quán)，涉及到的過(guò)程是拷貝到目標(biāo)變量，同時(shí)會(huì)將原來(lái)的變量設(shè)置到未初始的狀態(tài)。rust 默認(rèn)使用的就是move。

當(dāng)使用值的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生位置，那么就會(huì)發(fā)生移動(dòng)。解引用，字段訪問(wèn)，索引訪問(wèn)等都會(huì)隱式移動(dòng)。

• copy：和move的區(qū)別就是，拷貝之后原來(lái)的變量還是可以用。如果要使用copy，就需要要拷貝的數(shù)據(jù)類型實(shí)現(xiàn)了Copy Trait，手動(dòng)實(shí)現(xiàn)的時(shí)候需要同時(shí)實(shí)現(xiàn)Clone Trait。
• clone：clone和copy很接近，區(qū)別在于，
• Copy時(shí)，只拷貝變量本身的值，如果這個(gè)變量指向了其它數(shù)據(jù)，則不會(huì)拷貝其指向的數(shù)據(jù)。
• Clone時(shí)，拷貝變量本身的值，如果這個(gè)變量指向了其它數(shù)據(jù)，則也會(huì)拷貝其指向的數(shù)據(jù)。

函數(shù)調(diào)用之后也是會(huì)轉(zhuǎn)移所有權(quán)的，有時(shí)候這樣是很不方便的，所以在傳參的時(shí)候可以傳遞到變量的引用，引用時(shí)保存在棧里，也實(shí)現(xiàn)了Copy Trait，這樣效率會(huì)更高。

可變引用的排他性

不可變引用是可以共存的，但是可變引用具有排他性，在同一作用域同一數(shù)據(jù)只能有一個(gè)。
這里的排他性，應(yīng)該看作一把獨(dú)占鎖，在當(dāng)前作用域內(nèi)，從第一次使用可變引用開(kāi)始創(chuàng)建這把獨(dú)占鎖，之后無(wú)論使用原始變量(即所有權(quán)擁有者)、可變引用還是不可變引用都會(huì)搶占這把獨(dú)占鎖，以保證只有一方可以訪問(wèn)數(shù)據(jù)，每次搶得獨(dú)占鎖后，都會(huì)將之前所有引用變量給鎖住，使它們變成不可用狀態(tài)。當(dāng)離開(kāi)當(dāng)前作用域時(shí)，當(dāng)前作用域內(nèi)的所有獨(dú)占鎖都被釋放。

回顧一下可變引用的幾個(gè)性質(zhì)

• 同一作用域，特定數(shù)據(jù)只能有一個(gè)可變引用
• 可變借用不能用于不可變借用上
• 有了可變借用就不能再有不可變借用
• 引用作用域和變量作用域不一樣，它的結(jié)束位置再最后一次使用的位置

自從第一次使用可變引用導(dǎo)致獨(dú)占鎖出現(xiàn)后，可以隨時(shí)使用原始變量、可變引用或不可變引用來(lái)?yè)尓?dú)占鎖，但搶鎖后以前的引用變量就不能再用，且當(dāng)前持有的鎖也可以隨時(shí)被搶走。不可變引用搶占之后所有的包括自身都是不可用的，但再次使用可變引用搶占鎖之后，該可變引用是可用的。
一切都由程序員控制，程序員可以在任意代碼位置通過(guò)原始變量或引用來(lái)?yè)屾i。

模式匹配

rust中可分為

• 不可反駁的模式(irrefutable)：一定會(huì)匹配成功，否則編譯錯(cuò)誤，如let賦值，for迭代，函數(shù)傳參等。
• 可反駁的的模式(refutable)：可以匹配成功，也可以匹配失敗，匹配失敗的結(jié)果是不執(zhí)行對(duì)應(yīng)分支的代碼，如if let 和 while let

match匹配支持兩個(gè)模式

• 當(dāng)明確給出分支的Pattern時(shí)，必須是可反駁模式，這些模式允許匹配失敗
• 使用_作為最后一個(gè)分支時(shí)，是不可反駁模式，它一定會(huì)匹配成功
• 如果只有一個(gè)Pattern分支，則可以是不可反駁模式，也可以是可反駁模式
  

再談Trait

組合

Trait最基本的作用是從多種類型中抽取出共性的屬性或方法，主要表現(xiàn)為泛型數(shù)據(jù)類型。可以理解為，它描述了一種通用的功能，功能都要求具有某些特殊的行為，同時(shí)功能可以被很多種類型實(shí)現(xiàn)。
同樣，一個(gè)類型也可以實(shí)現(xiàn)很多種Trait，組合出很多功能，這和一般面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言的繼承有所不同，不用繼承冗余的功能，而更加的自由。
組合和繼承的關(guān)系可以理解為 **has a **和 is a 的關(guān)系。

特征對(duì)象

也就是具有某個(gè)特征功能的類的實(shí)例。
上篇提到過(guò)，Duck Typing ，也就是只需要叫起來(lái)想鴨子，就可以當(dāng)成鴨子來(lái)使用。（只需要你會(huì)打螺絲，不管你是不是大學(xué)生。）
這里的意思就是，實(shí)現(xiàn)了某個(gè)特征的眾多對(duì)象都具有該功能，而由于 Trait 自身不能當(dāng)作數(shù)據(jù)類型來(lái)用（因?yàn)?#xff0c;可能一種類型實(shí)現(xiàn)了很多中 Trait，顯然無(wú)法用一種 Trait 來(lái)代替這種數(shù)據(jù)類型）。因此就誕生了 Trait Object，也就是將實(shí)現(xiàn)了 Trait A 的類型 B,C,D 當(dāng)作 Trait A 的 Trait Object使用。（可以類比為繼承里的父類）

Trait object的創(chuàng)建是通過(guò)&dyn T或者指針Box<dyn T>，Rc<dyn T>等等
本質(zhì)就是由于 Trait object 的大小是不定的，所以選擇將引用存在棧中，包含兩部分?jǐn)?shù)據(jù)

• 指向數(shù)據(jù)的指針：指向?qū)崿F(xiàn)了Trait的具體類型的實(shí)例，
• 指向一個(gè)虛表 vtable 的指針：因?yàn)閷?shí)現(xiàn)了 Trait 的類型有很多，而每個(gè)類型擁有的方法時(shí)各不相同的，所以需要一個(gè)虛表來(lái)區(qū)分保存。虛表中保存了實(shí)例可以調(diào)用的，實(shí)現(xiàn)的來(lái)自特征 Trait 的方法。當(dāng)該對(duì)象調(diào)用方法時(shí)，直接從虛表中找到方法，然后調(diào)用。

其他

• Struct和Enum類型需要手動(dòng)實(shí)現(xiàn)Trait，即，使用#[derive()]
• 特征是支持繼承的，如

trait B{}
trait A: B{}

當(dāng)類型想實(shí)現(xiàn) Trait A 的時(shí)候，需要要求同時(shí)實(shí)現(xiàn) Trait B

參考

Rust入門(mén)秘籍