面试题：Rust 复制语义下如何分析简单数据结构的内存占用

Question

假设有一个包含两个 `i32` 类型字段的结构体 `Point { x: i32, y: i32 }`，在 Rust 的复制语义下，当创建该结构体实例并进行复制操作时，内存占用情况是怎样的？请详细分析，并说明涉及到的内存分配和释放机制。

Answer 1

1. 内存占用分析
   • Rust 中的 i32 类型通常占用 4 个字节（在大多数常见平台上）。
   • 对于结构体 Point { x: i32, y: i32 }，由于它包含两个 i32 字段，所以它的实例在内存中占用 8 个字节（4 字节的 x 加上 4 字节的 y）。
   • Rust 中的复制语义意味着当创建结构体实例并进行复制操作时，会在栈上分配新的内存空间来存储复制后的实例。例如：

   struct Point {
       x: i32,
       y: i32,
   }
   let p1 = Point { x: 1, y: 2 };
   let p2 = p1;
   

   • 这里 p1 会在栈上分配 8 个字节的空间来存储 x 和 y 的值。当执行 let p2 = p1; 时，p2 也会在栈上分配另外 8 个字节的空间，并且 p1 中的值会被逐字节复制到 p2 的内存空间中。
2. 内存分配机制
   • 栈分配：在 Rust 中，对于实现了 Copy trait 的类型（i32 以及由 Copy 类型组成的结构体如 Point），实例的创建和复制都是在栈上进行的。栈的分配非常高效，因为它遵循后进先出（LIFO）的原则。当一个函数调用开始时，会在栈上为该函数的局部变量分配空间，包括结构体实例。例如上述代码中 p1 和 p2 的创建，它们的内存空间都是在栈上分配的。
3. 内存释放机制
   • 栈上内存释放：当包含结构体实例的作用域结束时，栈上为该实例分配的内存会自动释放。例如，在上述代码所在函数结束时，栈上为 p1 和 p2 分配的内存空间会随着函数栈帧的弹出而被释放。不需要手动管理内存释放，这是 Rust 内存安全机制的一部分，通过栈的自动管理来避免常见的内存错误，如悬空指针和内存泄漏。