面试题：Rust 复制语义对复杂嵌套数据结构内存占用的影响

Question

定义一个复杂的数据结构，如包含 `Vec<i32>` 和自定义结构体嵌套的 `enum`，例如 `enum ComplexData { Case1(Vec<i32>), Case2 { sub_struct: Point, sub_vec: Vec<u8> } }`，其中 `Point` 是之前定义的包含两个 `i32` 字段的结构体。当对 `ComplexData` 类型的值进行复制时，Rust 的复制语义是如何工作的？这种复制操作会导致怎样的内存占用变化？请从栈内存和堆内存的角度详细阐述。

Answer 1

1. 定义相关数据结构

struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

enum ComplexData {
    Case1(Vec<i32>),
    Case2 { sub_struct: Point, sub_vec: Vec<u8> },
}

2. Rust的复制语义
   • 对于Case1(Vec<i32>)：
     • Vec<i32> 类型实现了 Clone 而不是 Copy。当复制 ComplexData::Case1 时，会调用 Vec<i32> 的 clone 方法。
     • 栈内存：栈上存储的是 Vec 结构体本身，包含一个指向堆内存的指针、长度和容量信息。复制时，栈上的 Vec 结构体被复制一份，这部分栈内存占用翻倍。
     • 堆内存：Vec 所指向的堆内存中的 i32 数据会被重新分配内存并复制一份，堆内存占用也翻倍。
   • 对于Case2 { sub_struct: Point, sub_vec: Vec<u8> }：
     • Point 结构体如果没有自定义实现，默认会实现 Copy 特性（因为其字段 x 和 y 都是 Copy 类型）。Vec<u8> 实现 Clone。
     • 栈内存：Point 结构体在栈上直接复制一份，栈内存占用增加 Point 结构体的大小。Vec<u8> 的栈上部分（指针、长度、容量）被复制一份，栈内存占用进一步增加。
     • 堆内存：Vec<u8> 所指向的堆内存中的 u8 数据会被重新分配内存并复制一份，堆内存占用翻倍。

总体来说，对 ComplexData 类型的值进行复制，栈内存和堆内存的占用都会相应增加，具体增加的量取决于数据结构的具体内容。