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Rust 内存管理规范

前置：rust-core 的所有权三原则。本 skill 聚焦借用、生命周期、智能指针、零拷贝。

借用规则

1. 多个 &T 共存 OR 唯一 &mut T，二者互斥。
2. 借用不得长于所有者。
3. NLL（non-lexical lifetimes）下借用作用域 = 最后一次使用，主动缩短借用即可解冲突。

// 缩短借用作用域
let value = map.get("k").cloned();   // 借用结束
if value.is_none() { map.insert("k", 42); }

// entry API 避免双查
map.entry("k").or_insert(42);

智能指针选型

| 类型 | 场景 | 线程安全 | 备注 | |------|------|---------|------| | Box<T> | 堆分配 / 递归类型 / Box<dyn Trait> | 取决于 T | 单一所有权 | | Rc<T> | 单线程共享只读 | 否 | 弱引用用 Weak | | Arc<T> | 多线程共享只读 | 是 | 原子计数有开销 | | Cow<'a, T> | 大概率只读、偶尔修改 | 取决于 T | 零或一次分配 |

内部可变性

// 单线程：RefCell（运行时借用检查，panic 风险）
use std::cell::RefCell;

// 多线程：Mutex / RwLock
use std::sync::{Arc, RwLock};

// 优先：原子 / channel 替代锁
use std::sync::atomic::{AtomicU64, Ordering};
let counter = AtomicU64::new(0);
counter.fetch_add(1, Ordering::Relaxed);

Arc<Mutex<T>> 是反模式信号：先考虑 mpsc channel、Arc<RwLock<T>> 或 actor 拆分。

生命周期

• 优先依赖省略规则（input 单参 → 自动传播；&self 方法 → 借 self）。
• 必须标注时保持最小化，结构体优先用 'a 而非 'static。
• 'static 仅在真正跨线程 spawn 或全局数据时使用。

struct Parser<'input> { input: &'input str, pos: usize }

零拷贝模式

// Cow：延迟克隆
use std::borrow::Cow;
fn normalize(p: &str) -> Cow<'_, str> {
    if p.contains("//") { Cow::Owned(p.replace("//", "/")) } else { Cow::Borrowed(p) }
}

// bytes::Bytes：网络 / 缓冲零拷贝切片
use bytes::Bytes;
let head = Bytes::from_static(b"hello").slice(0..3);

// 切片视图
fn parse_header(data: &[u8]) -> &[u8] { &data[..4] }

内存布局优化

#[repr(C)]                   // FFI / 显式布局
#[repr(align(64))] struct CacheAligned([u8; 64]);

// 字段按大小降序排，减少 padding
struct Optimized { a: u64, b: u32, c: u16, d: u8 }

// SmallVec：小容量栈分配
use smallvec::SmallVec;
let tags: SmallVec<[String; 4]> = SmallVec::new();

// bumpalo：批量同生命周期对象
use bumpalo::Bump;
let arena = Bump::new();
let n = arena.alloc(42);

函数签名指南

| 参数 | 写法 | |------|------| | 字符串只读 | &str 或 impl AsRef<str> | | 切片只读 | &[T] | | 路径 | &Path / impl AsRef<Path> | | 字节 | &[u8] / &Bytes | | 必须拥有 | String / Vec<T> / T |

反模式

| AI 倾向 | 正确做法 | |---------|---------| | .clone() 绕借用 | 重构作用域 / Cow / 借用 | | Arc<Mutex<T>> 万能 | channel / atomic / 拆分状态 | | 'static 一把梭 | 引入 'a 缩短生命周期 | | Vec 装小集合 | SmallVec / 数组 | | Box<dyn Trait> | 优先泛型静态分派 |

检查清单

• [ ] 入参优先借用（&str、&[T]、&Path）
• [ ] 热路径无 .clone() / .to_string()
• [ ] 可能修改的借用数据用 Cow
• [ ] 智能指针选型正确，无 Arc<Mutex<T>> 滥用
• [ ] 生命周期标注最小化
• [ ] 结构体字段大小降序排列

相关 Skill

• rust-core：所有权三原则、错误处理
• rust-async：跨 await 的借用、Send 边界
• rust-unsafe：裸指针、手动内存