从内存视角看 Rust 字符串复制：引用、Clone 与移动的奥秘

内容分享1周前发布

0 0 0

Rust 复制字符串：栈和堆的 “复制大战”

一、字符串复制？不只是 “Ctrl+C” 那么简单

想象你有一本《编程圣经》（字符串数据）：

如果你只是在扉页写个 “借阅人：张三”（引用），书还是那本，只是多了个标记。
如果你复印了一整本（深复制），那就有两本完全一样的书，改其中一本不影响另一本。
如果你只复印了封面（浅复制），里面的内容还是共享的，改原书内容，复印件也会变（这就坑了）。

Rust 里复制字符串就像处理这本书，有三种 “复制姿势”，每种对栈和堆的操作都不一样。今天咱们就扒开内存看究竟，让栈和堆的 “小动作” 无所遁形～

二、准备工作：搭个 “字符串复制实验室”

创建项目（终端操作，老规矩）：

bash

cargo new rust_string_copy  # 新建项目
cd rust_string_copy         # 进入项目

咱们所有代码都写在src/main.rs里，边写边看内存变化。

三、案例实操：三种复制方式的 “内存大戏”

案例 1：最 “抠门” 的复制 —— 引用（&str）

特点：不复制数据，只分享访问权，栈上多一个指针，堆上数据不动。

代码：

rust

fn main() {
    // 原字符串：栈上有String控制块，堆上有数据
    let s1 = String::from("Rust字符串");
    println!("s1: 地址={:p}, 内容={}", &s1, s1);

    // 引用复制：栈上新增一个&str，指向s1的堆数据
    let s2 = &s1;  // s2是引用，类似"看一眼s1的书"
    println!("s2: 地址={:p}, 指向的数据地址={:p}, 内容={}", &s2, s2.as_ptr(), s2);

    // 验证：s1和s2指向同一个堆数据
    println!("s1的堆地址: {:p}, s2的堆地址: {:p}", s1.as_ptr(), s2.as_ptr());
}

运行命令：cargo run

输出（地址是示例，你的会不一样）：

plaintext

s1: 地址=0x7ffd9a5b9a70, 内容=Rust字符串
s2: 地址=0x7ffd9a5b9a90, 指向的数据地址=0x55f8d9a52b60, 内容=Rust字符串
s1的堆地址: 0x55f8d9a52b60, s2的堆地址: 0x55f8d9a52b60

内存解析：

栈上：s1（String 控制块：ptr=0x55f8d9a52b60, len=9, cap=9）和s2（&str：ptr=0x55f8d9a52b60, len=9）
堆上：只有一份数据”Rust字符串”（地址 0x55f8d9a52b60）
就像s1买了本书，s2只是借来看，书还是那本，只是多了个读者。

案例 2：”半复制”——Clone（深复制）

特点：栈上新建控制块，堆上复制数据，两份完全独立。

代码：

rust

fn main() {
    let s1 = String::from("Rust字符串");
    println!("s1: 栈地址={:p}, 堆地址={:p}, 内容={}", &s1, s1.as_ptr(), s1);

    // Clone复制：栈上新建String，堆上复制数据
    let s2 = s1.clone();  // 相当于"复印全书"
    println!("s2: 栈地址={:p}, 堆地址={:p}, 内容={}", &s2, s2.as_ptr(), s2);

    // 改s2不影响s1
    let mut s2 = s2;  // 加mut让s2可变
    s2.push_str("Clone");
    println!("改后s1: {}, 改后s2: {}", s1, s2);
}

运行输出：

plaintext

s1: 栈地址=0x7ffd9a5b9a70, 堆地址=0x55f8d9a52b60, 内容=Rust字符串
s2: 栈地址=0x7ffd9a5b9a90, 堆地址=0x55f8d9a52ba0, 内容=Rust字符串
改后s1: Rust字符串, 改后s2: Rust字符串Clone

内存解析：

栈上：s1和s2各有自己的控制块（地址不同）
堆上：s1的数据在 0x55f8d9a52b60，s2的复制数据在 0x55f8d9a52ba0（新地址！）
就像s1有本书，s2复印了一本，改复印本完全不影响原书。

案例 3：”偷梁换柱”—— 移动（Move）

特点：栈上控制权转移，堆数据不变，原变量失效（Rust 的 “独占欲”）。

代码：

rust

fn main() {
    let s1 = String::from("Rust字符串");
    println!("s1: 栈地址={:p}, 堆地址={:p}, 内容={}", &s1, s1.as_ptr(), s1);

    // 移动：s1的栈控制块"搬家"到s2，堆数据不变
    let s2 = s1;  // s1被"掏空"，不能再用了
    println!("s2: 栈地址={:p}, 堆地址={:p}, 内容={}", &s2, s2.as_ptr(), s2);

    // 下面这行会报错！由于s1已经"无家可归"了
    // println!("s1还能用吗？{}", s1);
}

运行输出：

plaintext

s1: 栈地址=0x7ffd9a5b9a70, 堆地址=0x55f8d9a52b60, 内容=Rust字符串
s2: 栈地址=0x7ffd9a5b9a90, 堆地址=0x55f8d9a52b60, 内容=Rust字符串

内存解析：

栈上：s1的控制块被 “转移” 到s2，s1变成无效（编译器不让用了）
堆上：数据地址不变（还是 0x55f8d9a52b60），但所有权从s1转到s2
就像s1把书送给s2，s1再也不能说 “这是我的书” 了（Rust 的 “独生子女政策”，数据只能有一个 owner）

案例 4：特殊情况 —— 字符串字面量（&'static str）

特点：数据存在常量区，栈上复制引用，既不是深复制也不是移动。

代码：

rust

fn main() {
    // 字符串字面量：数据在常量区，栈上是&'static str
    let s1 = "Rust字面量";  // 注意：没有String::from
    println!("s1: 栈地址={:p}, 数据地址={:p}, 内容={}", &s1, s1.as_ptr(), s1);

    // 复制引用：栈上多一个指针，指向同一个常量区数据
    let s2 = s1;
    println!("s2: 栈地址={:p}, 数据地址={:p}, 内容={}", &s2, s2.as_ptr(), s2);

    // 两者都能修改吗？不能，由于是&str（不可变）
}

运行输出：

plaintext

s1: 栈地址=0x7ffd9a5b9ab0, 数据地址=0x55f8d9a3e0c0, 内容=Rust字面量
s2: 栈地址=0x7ffd9a5b9ab8, 数据地址=0x55f8d9a3e0c0, 内容=Rust字面量

内存解析：

常量区：”Rust字面量”在编译时就存在，地址固定
栈上：s1和s2都是指向常量区的引用（类似两个路标指向同一个景点）
就像公园的地图上有两个箭头都指向 “喷泉”，箭头可以复制，但喷泉只有一个。

四、三种复制方式的 “内存开销” 对比

方式	栈操作	堆操作	特点	适用场景
引用（&str）	新增指针（8 字节）	无	零成本，共享数据	临时访问，不修改
Clone	新增控制块（24 字节）	复制整个数据	成本高，独立数据	需要修改副本
移动（Move）	控制块转移	无	零成本，所有权转移	数据传递，唯一所有者