如何验证Rust中的字符串变量在超出作用域时自动释放内存？
原创如何验证Rust中的字符串变量在超出作用域时自动释放内存？
原创
讲动人的故事，写懂人的代码
在公司内部的Rust培训课上，讲师贾克强比较了 Rust、Java 和 C++ 三种编程语言在变量越过作用域时自动释放堆内存的不同特性。
Rust 通过所有权系统和借用检查，实现了内存安全和自动管理，从而避免了大部分内存泄漏。Rust 自动管理标准库中数据类型（如 Box、Vec、String）的堆内存，并在这些类型的变量离开作用域时自动释放内存，即使程序员未显式编写清理堆内存的代码。
只有当程序员实现自定义的数据类型，并且该类型拥有需要手动管理的资源时，才需要在 drop 函数中编写清理代码。如果在这种情况下忘记了编写清理代码，确实可能导致资源泄漏，包括但不限于内存泄漏。
相比之下，Java 主要由垃圾回收器（GC）控制内存管理，而 C++ 则需要程序员通过构造函数和析构函数手动控制内存的分配和释放。
席双嘉提出问题：“我对Rust中的字符串变量在超出作用域时自动释放内存的机制非常感兴趣。但如何能够通过代码实例来验证这一点呢？”
贾克强说这是一个好问题，可以作为今天的作业。他请对这个问题感兴趣的同学，在课下找AI编程助手小艾来完成这个作业。
赵可菲对这个问题颇感兴趣。在小艾的帮助下，她迅速完成了代码编写并且成功运行。为了让Rust新手能够理解，她请小艾在代码中的每一行关键语句前加上了注释。此外，她还在main函数后添加了这个程序的运行结果输出，如代码清单1-1所示。
代码清单1-1 验证当字符串变量超出范围时，Rust会自动调用该变量的drop函数
// 使用 jemallocator 库中的 Jemalloc 内存分配器
use jemallocator::Jemalloc;
// 用属性(用于为代码的特定部分提供元信息的注释)定义一个全局的内存分配器，使用 Jemalloc 作为系统的全局内存分配器
#[global_allocator]
static GLOBAL: Jemalloc = Jemalloc;
fn main() {
{
// 进入一个新的作用域，作用域是用大括号 `{}` 包围的代码块
// 创建一个包含 100M 大字符串的自定义结构体
let _large_string_owner = LargeStringOwner::new(100_000_000); // 100 MB
// 打印创建大字符串后消息
println!("Large string created.");
} // 这里作用域结束，`large_string_owner` 变量自动销毁，`drop` 函数被调用
// 打印离开作用域后的消息
println!("Large string scope ended.");
}
// 该程序运行后的输出为：
// Large string created.
// Dropping LargeStringOwner, releasing large string memory.
// Large string scope ended.
// 自定义一个包含大字符串的结构体，并实现 Drop trait
struct LargeStringOwner {
// 包含一个字符串字段，但允许未使用（避免编译器警告）
#[allow(dead_code)]
content: String,
}
impl LargeStringOwner {
// 为结构体实现一个新的构造函数，接受字符串大小作为参数
fn new(size: usize) -> Self {
// 创建一个大的字符串并初始化结构体
LargeStringOwner {
content: create_large_string(size),
}
}
}
// 实现 Drop trait，添加销毁时的消息打印
impl Drop for LargeStringOwner {
// 在结构体销毁时打印消息
fn drop(&mut self) {
println!("Dropping LargeStringOwner, releasing large string memory.");
}
}
// 创建一个大的字符串函数
fn create_large_string(size: usize) -> String {
// 创建一个具有预设容量的字符串，容量为 size
let mut s = String::with_capacity(size);
// 扩展字符串，填充 size 个 'A' 字符
s.extend(std::iter::repeat('A').take(size));
// 返回这个大字符串
s
}赵可菲将代码拿给席双嘉看。席双嘉看完，指着其中的运行结果输出说：“这段代码确实验证了当字符串变量超出范围时，Rust会自动调用该变量的drop函数。但却无法验证，那100MB的大字符串所占用的堆内存，已经被Rust完全释放了。“
赵可菲想了一下，然后又请小艾改写了代码，增加了获取内存使用情况的代码，验证了当字符串变量超出范围时，Rust不仅会自动调用该变量的drop函数，还将那100MB的大字符串所占用的堆内存完全释放，如代码清单1-2所示。
代码清单1-2 验证当字符串变量超出范围时，Rust不仅自动调用该变量的drop函数，还会释放堆内存
// 使用 jemallocator 库中的 Jemalloc 内存分配器
use jemallocator::Jemalloc;
// 用属性(用于为代码的特定部分提供元信息的注释)定义一个全局的内存分配器，使用 Jemalloc 作为系统的全局内存分配器
#[global_allocator]
static GLOBAL: Jemalloc = Jemalloc;
// 主函数，从这里开始执行程序
fn main() {
// 获取当前系统的初始内存使用情况
let initial_memory = get_memory_usage();
// 打印初始内存使用情况，单位是 KB
println!("Initial memory usage: {} KB", initial_memory);
{
// 进入一个新的作用域，作用域是用大括号 `{}` 包围的代码块
let memory_before = get_memory_usage();
// 打印创建字符串前的内存使用情况
println!("Memory before creating String: {} KB", memory_before);
// 创建一个包含 100M 大字符串的自定义结构体
let _large_string_owner = LargeStringOwner::new(100_000_000); // 100 MB
// 获取创建大字符串后的内存使用情况
let memory_after = get_memory_usage();
// 打印创建大字符串后的内存使用情况
println!("Memory after creating String: {} KB", memory_after);
// 使用标准库的断言宏 assert!，验证内存是否增加，否则中止程序，并打印错误信息
assert!(memory_after > memory_before);
} // 这里作用域结束，`large_string_owner` 变量自动销毁，内存应该被释放
// 获取离开作用域后的内存使用情况
let final_memory = get_memory_usage();
// 打印离开作用域后的内存使用情况
println!("Memory after String is out of scope: {} KB", final_memory);
// 验证最终的内存使用是否接近初始值，允许有一些小波动
assert!(final_memory <= initial_memory + 1_000); // 容许一点点波动
}
// The output after running 'cargo run' should be:
// Initial memory usage: 33 KB
// Memory before creating String: 43 KB
// Memory after creating String: 98347 KB
// Dropping LargeStringOwner, releasing large string memory.
// Memory after String is out of scope: 43 KB
// 自定义一个包含大字符串的结构体，并实现 Drop trait
struct LargeStringOwner {
// 包含一个字符串字段，但允许未使用（避免编译器警告）
#[allow(dead_code)]
content: String,
}
impl LargeStringOwner {
// 为结构体实现一个新的构造函数，接受字符串大小作为参数
fn new(size: usize) -> Self {
// 创建一个大的字符串并初始化结构体
LargeStringOwner {
content: create_large_string(size),
}
}
}
// 实现 Drop trait，添加销毁时的消息打印
impl Drop for LargeStringOwner {
// 在结构体销毁时打印消息
fn drop(&mut self) {
println!("Dropping LargeStringOwner, releasing large string memory.");
}
}
// 创建一个大的字符串函数
fn create_large_string(size: usize) -> String {
// 创建一个具有预设容量的字符串，容量为 size
let mut s = String::with_capacity(size);
// 扩展字符串，填充 size 个 'A' 字符
s.extend(std::iter::repeat('A').take(size));
// 返回这个大字符串
s
}
// 获取当前内存使用情况的函数
fn get_memory_usage() -> u64 {
// 引入 jemalloc_ctl 库中的 epoch 和 stats 模块。Rust 可以在函数定义的内部使用 use 语句引入外部模块
use jemalloc_ctl::{epoch, stats};
// 获取 epoch 模块的 MIB（管理信息块）
let e = epoch::mib().unwrap();
// 获取 stats 模块的 allocated MIB
let allocated = stats::allocated::mib().unwrap();
// 刷新 jemalloc 的统计信息，使得获取的内存使用情况是最新的
e.advance().unwrap();
// 读取当前分配的内存量，单位是字节
let allocated_bytes: u64 = (allocated.read().unwrap() / 1024).try_into().unwrap();
// 将字节转换为 KB 并返回
allocated_bytes
}当看到代码清单1-2中的代码，通过使用 jemallocator 库中的 Jemalloc 内存分配器，以及一个自定义的结构体 LargeStringOwner，验证了在 Rust 中当字符串变量超出范围时，drop 函数会被自动调用并释放堆内存，席双嘉满意地点了点头，说：“对于像String这样的标准库数据类型，Rust 借助内置的堆内存自动管理，确保了无可匹敌的内存安全性。“
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原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。
如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。
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