如何在稳定的 Rust 中分配堆上的结构而不占用堆栈上的空间？

Question

在这段代码中...

struct Test { a: i32, b: i64 }
    
fn foo() -> Box<Test> {              // Stack frame:
    let v = Test { a: 123, b: 456 }; // 12 bytes
    Box::new(v)                      // `usize` bytes (`*const T` in `Box`)
}

...据我了解（忽略可能的优化），v 在堆栈上分配，然后复制到堆中，然后在 Box 中返回。

还有这段代码……

fn foo() -> Box<Test> {
    Box::new(Test { a: 123, b: 456 })
}

...应该没有什么不同，大概是因为应该有一个用于结构分配的临时变量（假设编译器对Box::new() 中的实例化表达式没有任何特殊语义）。

我找到了Do values in return position always get allocated in the parents stack frame or receiving Box?。关于我的具体问题，它只提出了实验性的box 语法，但主要谈论编译器优化（复制省略）。

所以我的问题仍然存在：使用 stable Rust，如何在不依赖编译器优化的情况下直接在堆上分配 structs？

Answer 1

您似乎正在寻找 box_syntax 功能，但是从 Rust 1.39.0 开始，它并不稳定，只能在夜间编译器中使用。看起来这个功能不会很快稳定下来，如果它稳定下来，可能会有不同的设计。

在夜间编译器上，您可以编写：

#![feature(box_syntax)]

struct Test { a: i32, b: i64 }

fn foo() -> Box<Test> {
    box Test { a: 123, b: 456 }
}

Answer 2

从 Rust 1.39 开始，似乎只有一种稳定的方式可以直接在堆上分配内存 - 使用 std::alloc::alloc（请注意，文档声明它预计会被弃用）。这是相当不安全的。

例子：

#[derive(Debug)]
struct Test {
    a: i64,
    b: &'static str,
}

fn main() {
    use std::alloc::{alloc, dealloc, Layout};

    unsafe {
        let layout = Layout::new::<Test>();
        let ptr = alloc(layout) as *mut Test;

        (*ptr).a = 42;
        (*ptr).b = "testing";

        let bx = Box::from_raw(ptr);

        println!("{:?}", bx);
    }
}

这种方法用于不稳定的方法Box::new_uninit。

事实证明，甚至还有一个板条箱可以避免memcpy 调用（除其他外）：copyless。这个 crate 也使用了基于 this 的方法。

Answer 3

有没有办法不用box直接分配给堆？

没有。如果有，则不需要更改语言。

人们倾向于通过间接使用不稳定的语法来避免这种情况，例如使用标准容器之一，而后者又在内部使用它。

另见：

• How to allocate arrays on the heap in Rust 1.0?
• Is there any way to allocate a standard Rust array directly on the heap, skipping the stack entirely?
• What does the box keyword do?
• What is the <- symbol in Rust?

Answer 4

我最近遇到了同样的问题。根据这里和其他地方的答案，我写了一个简单的堆分配函数：

pub fn unsafe_allocate<T>() -> Box<T> {
    let mut grid_box: Box<T>;
    unsafe {
        use std::alloc::{alloc, dealloc, Layout};
        let layout = Layout::new::<T>();
        let ptr = alloc(layout) as *mut T;
        grid_box = Box::from_raw(ptr);
    }
    return grid_box;
}

这将在内存中创建一个在T 之后自动调整大小的区域，并且不安全地使Rust 相信该内存区域是一个实际的T 值。内存可能包含任意数据；你不应该假设所有的值都是 0。

使用示例：

let mut triangles: Box<[Triangle; 100000]> = unsafe_allocate::<[Triangle; 100000]>();