当一个堆栈分配的值被装箱时会发生什么？

Question

如果我们有一个已经在堆栈上分配的值，那么装箱会将其复制到堆中并转移所有权吗（这是在.NET中工作的方式，但两个副本都将保持活动状态除外）？或者编译器是否足够“聪明”，从一开始就直接在堆上分配它？

struct Foo {
    x: i32,
}

fn main() {
    // a is allocated on stack?
    let a = Foo { x: 1 };

    // if a is not used, it will be optimized out
    println!("{}", a.x);

    // what happens here? will the stack allocated structure
    // be moved to heap? or was it originally allocated on heap?
    let b = Box::new(a);
}

我不是汇编语言专家，但这看起来似乎是在堆栈上分配的，然后移动：http://pastebin.com/8PzsgTJ1。但我需要得到一个确切知道发生了什么的人的确认。

- Sergii Bogomolov

Answer 1

这种优化方式是相当奇怪的。例如，在以下代码中：

let a = Foo { x: 1 };
// operation that observes a
let b = Box::new(a);
// operation that observes b

&a和&b将会是相等的，这可能令人惊讶。然而，如果你做类似的事情，但不观察a：

#[inline(never)]
fn frobnotz() -> Box<Foo> {
    let a = Foo { x: 1 };
    Box::new(a)
}

你可以通过LLVM IR看到，这个案例已经被优化了：

define internal fastcc noalias dereferenceable(4) %Foo* @_ZN8frobnotz20h3dca7bc0ee8400bciaaE() unnamed_addr #0 {
entry-block:
  %0 = tail call i8* @je_mallocx(i64 4, i32 0)
  %1 = icmp eq i8* %0, null
  br i1 %1, label %then-block-106-.i.i, label %"_ZN5boxed12Box$LT$T$GT$3new20h2665038481379993400E.exit"

then-block-106-.i.i:                              ; preds = %entry-block
  tail call void @_ZN3oom20he7076b57c17ed7c6HYaE()
  unreachable

"_ZN5boxed12Box$LT$T$GT$3new20h2665038481379993400E.exit": ; preds = %entry-block
  %2 = bitcast i8* %0 to %Foo*
  %x.sroa.0.0..sroa_idx.i = bitcast i8* %0 to i32*
  store i32 1, i32* %x.sroa.0.0..sroa_idx.i, align 4
  ret %Foo* %2
}

同样地，你可以在堆栈上返回结构体，然后将其打包，仍然只有一个分配：

你可能认为这会给我们带来可怕的性能问题：返回一个值然后立即将其打包？！这不是最糟糕的模式吗？Rust比那更聪明。这段代码中没有复制。main函数为盒子分配了足够的空间，将指向该内存的指针传递给foo作为x，然后foo直接将值写入Box中。

- Shepmaster

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谢谢你详细的回答和链接。我原以为没有必要阅读Rust书中的“不稳定”部分，但我错了。 - Sergii Bogomolov

Answer 2

正如 Rust 官方文档所解释的，Box<T>::new(x: T) 在堆上分配内存，然后将参数移动到该内存中。在 let b = Box::new(a) 后访问 a 将导致编译时错误。

- Miles Rout

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这正是我想知道的。像往常一样，这是个RTFM问题 :) - Sergii Bogomolov

@SergiiBogomolov：不要为此感到难过，学习如何浏览新文档需要时间（特别是当它不断变化时）。 - Matthieu M.

为了澄清，编译器可以对这种情况进行优化（如我的答案所述），但前提是“栈分配”的值立即被移动到“Box”中。如果在移动到“Box”之前使用该值，则不会进行优化。 - Shepmaster

这意味着从堆栈到堆的是逐字节的复制吗？ - Ashika Umanga Umagiliya