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内存分配优化

问题​

如何减少 Rust 程序的堆分配？

答案​

常见优化技巧​

// 1. 预分配容量
// ❌ 多次扩容
let mut v = Vec::new();
for i in 0..1000 {
    v.push(i);  // 可能触发多次 realloc
}

// ✅ 一次分配
let mut v = Vec::with_capacity(1000);
for i in 0..1000 {
    v.push(i);  // 无 realloc
}

// 2. 用栈代替堆
// ❌ 堆分配
let data: Box<[u8; 64]> = Box::new([0u8; 64]);

// ✅ 栈分配
let data = [0u8; 64];

// 3. 复用 String/Vec 缓冲区
let mut buf = String::with_capacity(256);
for item in items {
    buf.clear();  // 清空但保留容量
    write!(buf, "item: {}", item).unwrap();
    process(&buf);
}

// 4. 使用 SmallVec（小数据栈上，大数据堆）
use smallvec::SmallVec;
let mut v: SmallVec<[i32; 8]> = SmallVec::new();
// 8 个以内在栈上，超过才堆分配

减少分配的常见模式​

模式说明
Vec::with_capacity预分配
String::with_capacity预分配字符串
SmallVec / arrayvec小数据栈分配
&str 代替 String引用而非拥有
Cow<str>按需分配
对象池crossbeam::epoch

常见面试问题​

Q1: 如何检测程序的堆分配次数？​

答案：

// 方法 1：dhat 分析器（详见性能分析章节）
#[global_allocator]
static ALLOC: dhat::Alloc = dhat::Alloc;

// 方法 2：自定义分配器统计
use std::alloc::{GlobalAlloc, System, Layout};
use std::sync::atomic::{AtomicUsize, Ordering};

static ALLOC_COUNT: AtomicUsize = AtomicUsize::new(0);

struct CountingAllocator;
unsafe impl GlobalAlloc for CountingAllocator {
    unsafe fn alloc(&self, layout: Layout) -> *mut u8 {
        ALLOC_COUNT.fetch_add(1, Ordering::Relaxed);
        unsafe { System.alloc(layout) }
    }
    unsafe fn dealloc(&self, ptr: *mut u8, layout: Layout) {
        unsafe { System.dealloc(ptr, layout) }
    }
}

相关链接​