Rust in Action笔记第六章内存

news2024/11/16 9:29:58

Option<T>类型在Rust中使用了空指针优化（null pointer optimization）来保证该类型在编译后的二进制文件中占用0个字节。None变量是通过一个空指针null pointer来表示；
内存地址、指针、引用的区别，内存地址是指在内存中的一个字节，由汇编语言提供的一个抽象；指针，有时候也称为裸指针（raw pointer），是指向某种数据类型的内存地址，指针是由高级语言提供的抽象；引用，是一种指针，在动态类型中，引用包含了一个指针以及一些额外的保证，引用是由Rust提供的抽象；
Rust的引用提供了比指针更多的好处：引用永远指向有效的数据；引用的字节排列是紧凑的，有助于CPU快速读取；引用能够提供变长数据类型的长度保证，引用的结构中除了内部指针本身外，还提供一个数据长度的变量，确保程序永远不会跑到内存范围之外；
{:p}可以把变量安装指针的形式打印，打印其内存地址；
代码列表6.3展示了两种从u8数组转化成字符串的形式，b变量通过String::from_raw_parts(ptr, size, capa)首先把[u8; 10]转化成*const u8然后转化成*mut u8；c变量引入了CStr外部接口，通过CStr::from_ptr(c_ptr)获取一个以\0结尾的C语言类型的字符串；b和c变量都需要把[u8, n]先转换成*const u8在转换成所需的相应指针类型；
Rust的裸指针分为*const T和*mut T，分别是不可变裸指针和可变裸指针，两者之间可以自由转换，Rust的引用&mut T and &T编译出来的结果就成了裸指针，也就是在实际运行过程中不需要通过unsafe也能得到裸指针的性能；
使用裸指针的原因：不可避免的使用，当需要系统调用OS功能或者某些第三方代码需要裸指针，一般是对C写的一些程序的外部调用；需要多个地方同时访问数据并且对运行时性能要求极高的时候；
C++中的智能指针在Rust中对应的是core::ptr::{Unique, Shared, Weak}，胖指针（fat pointer）通常指内存布局，对比瘦指针（thin pointer，通常也指裸指针，只有一个usize宽度），要更大一些，通常有2个usize宽度甚至更多；
core::ptr::Unique是rust中String, Box<T>的构成要素；core::ptr::Shared是Rc<T>, Arc<T>的构成要素，如果要实现自己的智能指针，可以参考这些智能指针的实现细节；
std::rc::Weak, std::arc::Weak可用于内部互相指向的数据结构，避免循环指针的问题；alloc::raw_vec::RawVec用于实现了Vec<T>, VecDeq<T>，它能够很聪明地给任何类型的数据分配和回收内存；std::cell::UnsafeCell用于实现Cell<T>, RefCell<T>，来提供内部可变性（interior mutability）；
"When in doubt, prefer the stack"表示了当不知道把数据放在堆上还是栈上时，优先放在栈上，因为栈比较快，这句话的Rust版本是，When in doulbe, use types that implement Sized，即实现了Sized特征的类型会优先放在栈上存储；
如何让一个函数同时接受&str, String两种类型的参数，可以使用参数模板<T: AsRef<str>>表示参数T可以称为str的引用，从而调用.as_ref().len()方法，详细可见Page189；
表6.1给出了简单的栈和堆的对比，注意表中说明了在没有Unsafe的Rust中，使用堆是安全的；
几个通用的优化堆内存分配的方法：提前分配好足够的空间，将其初始化为0，到使用的时候再将其改为非0值，这种方法比较危险，可能会引发Rust的生命周期检查；自己针对程序设计一个allocator，能更有效地分配出所需的空间；调研使用arena::{Arena, TypedArena}，允许对象边创建边使用（created on the fly），arena是一个第三方库，链接；
虚拟内存常用术语，页（Page）、字（Word）、页错误（Page fault）、交换（Swapping）、虚拟内存（Virtual memory）、实际内存（Real memory）、页表（Page table）、段（Segment）、段错误（Segmentation fault）、MMU、TLB（translation lookaside buffer），详见Page203；
6.4.2节讲了段错误（segmentation fault），当访问一个非法区域时会产生，可以参考下代码实现；
6.4.3节讲了MMU（memory mamagement unit）的作用，即把虚拟地址翻译成物理地址，以及使用TLB缓存加速的作用， 206页讲了操作系统和CPU在翻译地址过程中用到的一些小tricks；
下图讲了一个可执行文件（ELF）是如何加载到虚拟内存并运行的过程