rust学习(第二章)

前置知识

1. 栈和堆
   什么数据放栈里，什么数据放堆里？
   我们以为的：

• 基本类型（primitive type）存储在栈上，对象存储在堆上；
• 少量数据存储在栈上，大量的数据存储在堆上。

事实是：
在编译时，一切无法确定大小或者大小可以改变的数据，都无法安全地放在栈上，最好放在堆上。
比如一个函数，参数是字符串：

fn say_name(name: String) {}

// 调用
say_name("Lindsey".to_string());
say_name("Rosie".to_string());
1
2
3
4
5

字符串的数据结构，在编译时大小不确定，运行时执行到具体的代码才知道大小。比如上面的代码，“Lindsey” 和 “Rosie” 的长度不一样，say_name() 函数只有在运行的时候，才知道参数的具体的长度。所以，我们无法把字符串本身放在栈上，只能先将其放在堆上，然后在栈上分配对应的指针，引用堆上的内存。

栈

只需要改动栈指针（stack pointer），就可以预留相应的空间；把栈指针改动回来，预留的空间又会被释放掉。
预留和释放只是动动寄存器，不涉及额外计算、不涉及系统调用，因而效率很高。所以理论上说，只要可能，我们应该把变量分配到栈上，这样可以达到更好的运行速度。
那为什么在实际工作中，我们又要避免把大量的数据分配在栈上呢？
这主要是考虑到调用栈的大小，避免栈溢出（stack overflow）。
一旦当前程序的调用栈超出了系统允许的最大栈空间，无法创建新的帧，来运行下一个要执行的函数，就会发生栈溢出，这时程序会被系统终止，产生崩溃信息。
过大的栈内存分配是导致栈溢出的原因之一，更广为人知的原因是递归函数没有妥善终止。一个递归函数会不断调用自己，每次调用都会形成一个新的帧，如果递归函数无法终止，最终就会导致栈溢出。

堆

栈虽然使用起来很高效，但它的局限也显而易见。当我们需要动态大小的内存时，只能使用堆，比如可变长度的数组、列表、哈希表、字典，它们都分配在堆上。
栈上的内存在函数调用结束之后，所使用的帧被回收，相关变量对应的内存也都被回收待用。所以栈上内存的生命周期是不受开发者控制的，并且局限在当前调用栈。而堆上分配出来的每一块内存需要显式地释放，这就使堆上内存有更加灵活的生命周期，可以在不同的调用栈之间共享数据。
然而，堆内存的这种灵活性也给内存管理带来很多挑战。
如果手工管理堆内存的话，堆上内存分配后忘记释放，就会造成内存泄漏。一旦有内存泄漏，程序运行得越久，就越吃内存，最终会因为占满内存而被操作系统终止运行。如果堆上内存被多个线程的调用栈引用，该内存的改动要特别小心，需要加锁以独占访问，来避免潜在的问题。
比如说，一个线程在遍历列表，而另一个线程在释放列表中的某一项，就可能访问野指针，导致堆越界（heap out of bounds）。而堆越界是第一大内存安全问题。如果堆上内存被释放，但栈上指向堆上内存的相应指针没有被清空，就有可能发生使用已释放内存（use after free）的情况，程序轻则崩溃，重则隐含安全隐患

小结

对于存入栈上的值，它的大小在编译期就需要确定。栈上存储的变量生命周期在当前调用栈的作用域内，无法跨调用栈引用。

堆可以存入大小未知或者动态伸缩的数据类型。堆上存储的变量，其生命周期从分配后开始，一直到释放时才结束，因此堆上的变量允许在多个调用栈之间引用。但也导致堆变量的管理非常复杂，手工管理会引发很多内存安全性问题，而自动管理，无论是 GC 还是 ARC，都有性能损耗和其它问题。

一句话对比总结就是：栈上存放的数据是静态的，固定大小，固定生命周期；堆上存放的数据是动态的，不固定大小，不固定生命周期。