为什么要区分堆和栈？为什么要装箱？

程序中为什么要区分堆和栈？

栈内存从高位地址向下增长，且栈内存分配是连续的，一般操作系统对栈内存大小是有限制的，编译器自动分配和回收 无需程序员手动干预，因而栈内存申请和释放是非常高效的。

由于函数栈在函数执行完后会销毁，所以栈上存储的变量不能在函数之间传递，这也意味着函数没法返回栈上变量的 引用，变量的生存周期有限制。

Rust 默认使用栈来存储变量，而栈上内存分配是 连续的，所以必须在编译之前了解变量占用的内存空间大小，编译器才能合理安排内存布局。

堆 不是自动分配和回收

堆上内存则是从低位地址向上增长，堆内存通常只受物理内存限制，而且通常是不连续的，一般由程序员手动申请和释放的，如果想申请一块连续内存，则操作系统需要在堆中查找一块未使用的满足大小的连续内存空间，故其效率比栈要低很多，尤其是堆上如果有大量不连续内存时。另外内存使用完也必须由程序员手动释放，不然就会出现内存泄漏，内存泄漏对需要长时间运行的程序(例如守护进程)影响非常大。

由于 a 本身是 String 类型，是使用堆来存储的，所以可以直接返回，在函数返回时函数栈销毁后依然存在。同时 Rust 中下面的代码实际上也只是浅拷贝。

零钱和大额的使用方式

大多数带 GC 的面向对象语言里面的对象都是借助 box 来实现的，比如常见的动态语言 Python/Ruby/JavaScript 等，其宣称的”一切皆对象(Everything is an object)”，里面所谓的对象基本上都是 boxed value。

boxed 值相对于 unboxed，内存占用空间会大些，同时访问值的时候也需要先进行 unbox，即对指针进行解引用再获取真正存储的值，所以内存访问开销也会大些。既然 boxed 值既费空间又费时间，

为什么还要这么做呢？

因为通过box，所有对象看起来就像是以相同大小存储的，因为只需要存储一个指针就够了，应用程序可以同等看待各种值，而不用去管实际存储是多大的值，如何申请和释放相应资源。

一般而言，在编译期间不能确定大小的数据类型都需要使用堆上内存，因为编译器无法在栈上分配 编译期未知大小 的内存，所以诸如 String, Vec 这些类型的内存其实是被分配在堆上的。换句话说，我们可以很轻松的将一个 Vec move 出作用域而不必担心消耗，因为数据实际上不会被复制。

另外,需要从函数中返回一个浅拷贝的变量时也需要使用堆内存而不能直接返回一个指向函数内部定义变量的引用。

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栈（Stack）与堆（Heap）
在很多语言中，你并不需要经常考虑到栈与堆。不过在像 Rust 这样的系统编程语言中，值是位于栈上还是堆上在更大程度上影响了语言的行为以及为何必须做出这样的抉择。我们会在本章的稍后部分描述所有权与栈和堆相关的内容，所以这里只是一个用来预热的简要解释。

栈和堆都是代码在运行时可供使用的内存，但是它们的结构不同。栈以放入值的顺序存储值并以相反顺序取出值。这也被称作 后进先出（last in, first out）。想象一下一叠盘子：当增加更多盘子时，把它们放在盘子堆的顶部，当需要盘子时，也从顶部拿走。不能从中间也不能从底部增加或拿走盘子！增加数据叫做 进栈（pushing onto the stack），而移出数据叫做 出栈（popping off the stack）。栈中的所有数据都必须占用已知且固定的大小。在编译时大小未知或大小可能变化的数据，要改为存储在堆上。 堆是缺乏组织的：当向堆放入数据时，你要请求一定大小的空间。内存分配器（memory allocator）在堆的某处找到一块足够大的空位，把它标记为已使用，并返回一个表示该位置地址的 指针（pointer）。这个过程称作 在堆上分配内存（allocating on the heap），有时简称为 “分配”（allocating）。（将数据推入栈中并不被认为是分配）。因为指向放入堆中数据的指针是已知的并且大小是固定的，你可以将该指针存储在栈上，不过当需要实际数据时，必须访问指针。想象一下去餐馆就座吃饭。当进入时，你说明有几个人，餐馆员工会找到一个够大的空桌子并领你们过去。如果有人来迟了，他们也可以通过询问来找到你们坐在哪。

入栈比在堆上分配内存要快，因为（入栈时）分配器无需为存储新数据去搜索内存空间；其位置总是在栈顶。相比之下，在堆上分配内存则需要更多的工作，这是因为分配器必须首先找到一块足够存放数据的内存空间，并接着做一些记录为下一次分配做准备。

访问堆上的数据比访问栈上的数据慢，因为必须通过指针来访问。现代处理器在内存中跳转越少就越快（缓存）。继续类比，假设有一个服务员在餐厅里处理多个桌子的点菜。在一个桌子报完所有菜后再移动到下一个桌子是最有效率的。从桌子 A 听一个菜，接着桌子 B 听一个菜，然后再桌子 A，然后再桌子 B 这样的流程会更加缓慢。出于同样原因，处理器在处理的数据彼此较近的时候（比如在栈上）比较远的时候（比如可能在堆上）能更好的工作。

当你的代码调用一个函数时，传递给函数的值（包括可能指向堆上数据的指针）和函数的局部变量被压入栈中。当函数结束时，这些值被移出栈。

跟踪哪部分代码正在使用堆上的哪些数据，最大限度的减少堆上的重复数据的数量，以及清理堆上不再使用的数据确保不会耗尽空间，这些问题正是所有权系统要处理的。一旦理解了所有权，你就不需要经常考虑栈和堆了，不过明白了所有权的主要目的就是管理堆数据，能够帮助解释为什么所有权要以这种方式工作。

什么是所有权？