堆空間和棧空間

Rust語言區分堆空間和棧空間，雖然它們都是內存中的空間，但使用堆和棧的方式不一樣，這也使得使用堆和棧的效率有所區別。

棧空間和棧幀

棧空間和棧幀都是屬於操作系統的概念，操作系統負責管理棧空間，負責創建、釋放棧幀。

棧空間採用後進先出的方式存放數據(就像疊盤子)。每次調用函數，都會在棧的頂端創建一個棧幀(stack frame)，用來保存該函數的上下文數據。比如該函數內部聲明的局部變量通常會保存在棧幀中。當該函數返回時，函數返回值也保留在該棧幀中。當函數調用者從棧幀中取得該函數返回值後，該棧幀被釋放(實際上不會真的釋放棧幀的空間，無效的棧幀可以被複用)。

實際上，有一個ESP寄存器專門用來跟蹤棧幀，該寄存器中保存了當前最頂端的棧幀地址。當調用函數創建新的棧幀時(棧幀總是在棧頂創建)，ESP寄存器的值更新為此棧幀的地址，當函數返回且返回值已被讀取後，該函數棧幀被移除出棧，出棧的方式很簡單，只需更新ESP寄存器使其指向上一個棧幀的地址即可。

不僅棧空間中的棧幀是後進先出的，棧幀內部的數據也是後進先出的。比如函數內先創建的局部變量在棧幀的底部，後創建的局部變量在棧幀的頂部。當然，上下順序並非一定會如此，這和編譯器有關，但編寫程序時可如此理解。

實際上，有一個EBP寄存器專門用來跟蹤調用者棧幀的位置。當在函數a中調用函數b時，首先創建函數a的棧幀，當開始調用函數b時，將在棧頂創建函數b的棧幀，並拷貝上一個ESP的值到EBP，這樣EBP寄存器就保存了函數a的棧幀地址，當函數b返回時通過EBP就可以回到函數a的棧幀。

在編寫代碼的時候，通常不考慮屬於操作系統的棧空間和棧幀的概念，而是這樣思考：有一塊內存，這塊內存中存放數據的方式是後進先出。比如，調用函數時，函數內部的局部變量可以說成【存放在棧中或棧空間中】，而不將其具體到【存放在該函數的棧幀中】。也就是說，此時可以混用棧和棧空間的說法，且重在描述(主要是為了將棧和堆區分開來)而不是側重於其準確性。後文也都如此混用棧和棧空間。

堆內存

不同於棧空間由操作系統跟蹤管理，堆內存是一片無人管理的自由內存區，需要時要手動申請，不需要時要手動釋放，如果不釋放已經無用的堆內存，將導致內存洩漏，內存洩漏過多(比如在某個循環內不斷洩漏)，可能會耗盡內存。

手動申請、手動釋放堆內存是一件非常難的事，特別是程序較大時，判斷在何處編寫釋放內存的代碼更是難上加難。所以有一些語言提供了垃圾回收器(GC)來自動管理堆內存的回收。

Rust沒有提供GC，也無需手動申請和手動釋放堆內存，但Rust是內存安全的。這是因為Rust使用了自己的一套內存管理機制，只要能夠編譯通過，多數情況下可以保證程序沒有內存問題。

其中機制之一是作用域：Rust中所有的大括號都是一個獨立的作用域，作用域內的變量在離開作用域時會失效，而變量綁定的數據(無論綁定的是堆內數據還是棧中數據)則自動被釋放。

fn main(){
  {   // 大括號，一個獨立的作用域
    let n = 33;
    println!("{}", n);
  }  // 變量n在此失效，其綁定的數據33被釋放
  // 此處無法再使用變量n
  // println!("{}", n);  // 編譯錯誤
}

關於Rust更多的內存管理機制(如所有權系統、生命週期等)，放在後面的章節再解釋。