11、Rust 高级内存管理：引用计数、写时克隆与自定义分配器

Rust 高级内存管理：引用计数、写时克隆与自定义分配器

1. 引用计数指针

1.1 Box 指针的局限性

在 Rust 中， Box 是一种常用的智能指针，它将数据存储在堆上，并在栈上保存指向堆数据的指针。不过， Box 不能共享所有权，也就是说，不能有两个独立的 Box 指向同一块数据。这是因为 Box 拥有其数据，并且同一时间只允许一个借用。但在某些场景下，我们需要共享数据，例如跨线程执行，或者将相同的数据存储在多个结构中以不同方式处理。

1.2 引用计数指针的概念

当 Box 无法满足需求时，我们可以使用引用计数指针。引用计数是内存管理中的一种常见技术，用于跟踪指针副本的数量。当没有更多副本时，内存将被释放。实现通常依赖于维护一个给定指针副本数量的静态计数器，每次创建新副本时计数器加 1，副本销毁时计数器减 1。当计数器达到 0 时，意味着没有更多指针副本，内存不再使用或可访问，此时可以释放内存。

1.3 Rust 中的引用计数指针

Rust 提供了两种不同的引用计数指针：
- Rc ：单线程引用计数智能指针，允许对象的共享所有权。
- Arc ：线程安全的引用计数智能指针，允许跨线程共享对象所有权。

需要注意的是， Arc 使用原子计数器，这些计数器依赖于平台，通常在操作系统或 CPU 级别实现。原子操作比常规算术操作成本更