面试题：Rust中栈内存和堆内存的分配机制

Question

请详细阐述在Rust语言中，栈内存和堆内存分别在哪些情况下会进行分配？例如对于简单数据类型和复杂自定义结构体类型，它们的内存分配有何不同？

Answer 1

栈内存分配情况

1. 简单数据类型：在Rust中，像整数（如 i32、u8 等）、浮点数（f32、f64）、布尔值（bool）、字符（char）以及元组（tuple），只要其所有元素都是固定大小类型，这些简单数据类型在声明时通常分配在栈上。例如：

let num: i32 = 42;
let flag: bool = true;
let point: (i32, i32) = (10, 20);

这里的 num、flag 和 point 都在栈上分配内存，因为它们的大小在编译时是已知的。

2. 函数参数和局部变量：函数参数和在函数内部声明的局部变量，如果它们是简单数据类型或者固定大小的复合类型，也是在栈上分配。例如：

fn add_numbers(a: i32, b: i32) -> i32 {
    let sum = a + b;
    sum
}

这里的 a、b 和 sum 都在栈上分配内存。

堆内存分配情况

1. 复杂自定义结构体类型：如果自定义结构体包含动态大小的类型（如 String、Vec<T> 等），那么整个结构体实例会在堆上分配。例如：

struct Person {
    name: String,
    age: i32,
}

let person = Person {
    name: String::from("Alice"),
    age: 30,
};

这里的 person 实例会在堆上分配，因为 name 字段是 String 类型，其大小在编译时不确定，需要在运行时根据字符串内容分配内存。

2. 使用 Box<T> 等智能指针：当使用 Box<T> 来包装类型时，被包装的类型会在堆上分配。例如：

let boxed_num = Box::new(42);

这里的 42 原本是栈上分配的 i32 类型，但通过 Box::new 包装后，boxed_num 指向堆上分配的 i32 数据。这种方式常用于需要在堆上分配单个值，并且希望在栈上有一个指向堆数据的句柄的场景。

3. 动态大小类型（DST）：Rust中的动态大小类型，如 str（字符串切片，与 String 不同）和 trait 对象，总是在堆上分配。例如：

let s: &str = "hello";

虽然 s 本身是栈上的引用，但它指向的字符串数据 "hello" 存储在静态存储区（类似堆的概念，在程序加载时分配）。当使用 String 时，它是 str 的拥有者类型，在堆上分配内存来存储字符串内容：

let string = String::from("world");

这里的 string 实例在堆上分配内存来存储字符串 "world"。