Rust 是一門系統程式語言，它克服了傳統語言安全性和效能的均衡問題，提供了獨特的記憶體管理方式。在 Rust 中，參照（references）是理解所有權、借用和生命周期概念的基礎。今天，我們將深入探討 Rust 中的參照及其在記憶體中的表現，並透過詳細的範例來展示這些概念如何在現實編碼中使用。
Rust 參照的記憶體表現
Rust 中的參照有兩種主要形式：不可變參照
&T
和可變參照
&mut T
。兩者在記憶體中通常被表示為指向記憶體地址的指標。由於這些指標的大小等同於
usize
型別，無論是不可變參照還是可變參照，它們在記憶體中的大小都是固定的。
透過
std::mem::size_of
函式，我們可以確認上述說法：
#![allow(unused)]
fnmain() {
assert_eq!(std::mem::size_of::<&String>(), 8);
assert_eq!(std::mem::size_of::<&mutString>(), 8);
}
這段程式碼驗證了無論是不可變參照
&String
還是可變參照
&mut String
，它們在記憶體當中的大小均為 8 字節（在 64 位架構上）。
不可變參照記憶體結構
考慮下面的程式碼片段：
#![allow(unused)]
fnmain() {
let s = String::from("Hey");
let r = &s;
}
記憶體中的布局可能如下所述：
Stack Heap
+----------+ +---+---+---+
| | | H | e | y |
+----|-----+ +---+---+---+
|
+--|--------------+
| pointer to heap |
+-----------------+
| &s |
+-----------------+
r (reference)
r
是一個指向堆上數據的指標（具體來說，是指向含有
String
數據的指標）。這說明當我們聲明一個不可變參照時，實質上我們建立了一個指向值的指標。
可變參照記憶體結構
接下來，考慮可變參照。
#![allow(unused)]
fnmain() {
letmut s = String::from("Hey");
let r = &mut s;
}
可變參照
&mut T
在記憶體中的表現與不可變參照類似，都是一個指向具體記憶體位置的指標。不同之處在於，可變參照允許我們修改所指向的數據。
Stack Heap
+----------+ +---+---+---+
| | | H | e | y |
+----|-----+ +---+---+---+
|
+--|--------------+
| pointer to heap |
+-----------------+
| &mut s |
+-----------------+
r (reference, mutable)
這裏的
r
是一個可變參照，指向
s
的數據，允許在生命周期內修改堆上的數據。
參照與堆記憶體的關系
前面的例子裏提到的堆記憶體是我們申請用來儲存
String
數據的空間。不過，參照並不一定總是指向堆記憶體。實際上，它們只是簡單地指向一個記憶體地址，這個地址可能在堆上，也可能在棧上。關鍵在於，參照提供了一種安全的方式來存取這些數據，無論它們位於何處。
指標型別的分類
在 Rust 中，我們通常所討論的指標分為兩類：薄指標（thin pointers）和胖指標（fat pointers）。薄指標僅僅包含一個地址值，而胖指標會攜帶額外的後設資料，比如切片的長度或是特質物件的虛擬方法表（vtable）。
Rust參照實踐範例
現在，我們來透過幾個具體的例子來看看如何使用 Rust 中的參照：
範例1: 使用不可變參照傳遞數據
fnprocess(text: &String) {
println!("Processing text: {}", text);
}
fnmain() {
let my_string = String::from("Hello, Rust!");
process(&my_string);
}
這個簡單的例子演示了如何將一個不可變參照傳給函式，以便在不擁有所有權的情況下讀取
String
。
範例2: 修改可變參照指向的數據
fnmodify(text: &mutString) {
text.push_str(" More text");
}
fnmain() {
letmut my_string = String::from("Hello, Rust!");
modify(&mut my_string);
println!("Modified string: {}", my_string);
}
在這個例子中，我們傳遞了一個可變參照給函式
modify
，允許它修改原本的字串。
結語
Rust 參照是一種強大的特性，它允許我們安全、高效地處理數據。透過了解和實踐其在記憶體中的表現，我們能夠更好地掌握 Rust 語言，並編寫出可靠且效能優異的程式。隨著我們不斷深入學習，將發現更多精細和高級的用法，進一步提升我們的編碼技巧。
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