ボックス、スタックとヒープ

はじめに

この実験では、Rust におけるボクシング、スタック割り当て、およびヒープ割り当ての概念を調べます。Rust のすべての値はデフォルトでスタック割り当てされますが、Box<T> 型を使用してボクシング（ヒープ上に割り当てる）することができます。ボックスは、ヒープ上に割り当てられた値へのスマートポインタであり、スコープ外になると、そのデストラクタが呼び出され、ヒープ上のメモリが解放されます。ボクシングにより、二重の間接参照の作成が可能になり、* 演算子を使用して参照解除することができます。この実験では、ボクシングがどのように機能するか、およびスタック上のメモリ割り当てにどのように影響するかについて、コード例と説明を提供しています。

注： 実験でファイル名が指定されていない場合、好きなファイル名を使用できます。たとえば、main.rs を使用して、rustc main.rs &&./main でコンパイルして実行することができます。

ボックス、スタックとヒープ

Rust のすべての値はデフォルトでスタック割り当てされます。値は Box<T> を作成することで _ボクシング_（ヒープ上に割り当てる）することができます。ボックスは、型 T のヒープ上に割り当てられた値へのスマートポインタです。ボックスがスコープ外になると、そのデストラクタが呼び出され、内部オブジェクトが破棄され、ヒープ上のメモリが解放されます。

ボクシングされた値は * 演算子を使用して参照解除することができます。これにより、1 層の間接参照が取り除かれます。

use std::mem;

#[allow(dead_code)]
#[derive(Debug, Clone, Copy)]
struct Point {
    x: f64,
    y: f64,
}

// 長方形は、その左上と右下の角が空間上のどこにあるかで指定できます
#[allow(dead_code)]
struct Rectangle {
    top_left: Point,
    bottom_right: Point,
}

fn origin() -> Point {
    Point { x: 0.0, y: 0.0 }
}

fn boxed_origin() -> Box<Point> {
    // この点をヒープ上に割り当て、それへのポインタを返す
    Box::new(Point { x: 0.0, y: 0.0 })
}

fn main() {
    // （すべての型注釈は余分です）
    // スタック割り当ての変数
    let point: Point = origin();
    let rectangle: Rectangle = Rectangle {
        top_left: origin(),
        bottom_right: Point { x: 3.0, y: -4.0 }
    };

    // ヒープ割り当ての長方形
    let boxed_rectangle: Box<Rectangle> = Box::new(Rectangle {
        top_left: origin(),
        bottom_right: Point { x: 3.0, y: -4.0 },
    });

    // 関数の出力をボクシングすることができます
    let boxed_point: Box<Point> = Box::new(origin());

    // 二重の間接参照
    let box_in_a_box: Box<Box<Point>> = Box::new(boxed_origin());

    println!("Point はスタック上で {} バイトを占めています",
             mem::size_of_val(&point));
    println!("Rectangle はスタック上で {} バイトを占めています",
             mem::size_of_val(&rectangle));

    // ボックスのサイズ == ポインタのサイズ
    println!("ボックス化された点はスタック上で {} バイトを占めています",
             mem::size_of_val(&boxed_point));
    println!("ボックス化された長方形はスタック上で {} バイトを占めています",
             mem::size_of_val(&boxed_rectangle));
    println!("ボックスのボックスはスタック上で {} バイトを占めています",
             mem::size_of_val(&box_in_a_box));

    // `boxed_point` に含まれるデータを `unboxed_point` にコピーする
    let unboxed_point: Point = *boxed_point;
    println!("参照解除された点はスタック上で {} バイトを占めています",
             mem::size_of_val(&unboxed_point));
}

まとめ

おめでとうございます！あなたはボックス、スタックとヒープの実験を完了しました。あなたの技術を向上させるために、LabEx でさらに多くの実験を行って練習してください。