Box

一、堆与栈的对比

1. 栈内存 • 连续分配，从高位地址向下增长，大小有限（主线程 8MB，普通线程 2MB） • 高效分配/释放：函数调用时自动管理临时栈，所有权转移时栈数据浅拷贝 • 适合小型数据（寄存器/缓存友好）

2. 堆内存 • 非连续分配，从低位地址向上增长，大小受物理内存限制 • 所有权明确：堆数据通过栈上的智能指针（如 Box<T>）管理 • 适合大型数据：避免深拷贝，所有权转移仅复制指针

二、Box<T> 的核心作用

将数据存储在堆上，栈中保留智能指针。零额外性能开销，仅需堆分配成本。

三、使用场景

1. 显式堆分配

   let a = Box::new(3); // 堆上存储 3，a 为栈上的智能指针
   println!("{}", *a);  // 显式解引用
   

2. 避免大数据的深拷贝

   let arr = Box::new([0; 1000]); 
   let arr1 = arr; // 仅复制指针，堆数据未拷贝
   

3. 解决动态大小类型（DST）问题 • 递归类型：通过 Box 固定大小

   enum List {
       Cons(i32, Box<List>), // 递归成员用 Box 包装
       Nil,
   }
   

4. 特征对象（Trait Object）

   let elems: Vec<Box<dyn Draw>> = vec![Box::new(Button), Box::new(Select)];
   // 存储不同类型，统一为 `dyn Draw` 特征对象
   

四、内存布局

1. 普通 Vec<i32> • 栈指针 → 堆上的连续数组

2. Vec<Box<i32>> • 栈指针 → 堆上的 Box 指针数组 → 每个 Box 指向堆上的实际值

   let sum = **arr[0] + **arr[1]; // 双重解引用获取值
   

五、Box::leak 方法

• 作用：消费 Box 并泄漏内存，强制值拥有 'static 生命周期 • 场景：运行时初始化但需全局有效的数据（如配置）

let s = Box::leak(String::new().into_boxed_str());
// s: &'static str

六、注意事项

1. 显式解引用：表达式不会隐式解引用，需用 * 或 **
2. 自动释放：Box 离开作用域时自动调用 Drop 释放堆内存
3. 性能权衡：堆分配适合大型数据，小型数据优先用栈

总结

Box<T> 是 Rust 中最基础的智能指针，用于堆分配、解决所有权转移效率问题、处理递归类型和特征对象。理解其内存布局及适用场景，能有效平衡性能与代码复杂度。