从字符串使用看Golang和Rust对内存使用的区别

​ 今天从Rust偶然回到Golang的世界，怎么写代码怎么别扭，总是忍不住在句子结尾加个分号…看到golang的字符串使用起来特别爽可以到处复制疯狂乱用，有一种从部队宿舍豆腐块被子的生活回归到居家肥宅的随意感，想起好久之前看的golang底层有关的内容，就写点东西来比较一下golang和rust对string的使用。

Go的字符串

在 Go 中，每个字符串本质上是一个结构体，其定义好了就不可用索引进行修改，包含两个字段：

1. 指向字符串内容的指针（*byte）：8 字节（在64 位架构下）。
2. 字符串的长度（len）：8 字节。

其内存布局是这个这样的结构体：

struct string {
    data uintptr // 指向字符串内容的指针
    len  int     // 字符串的长度
}

所以golang里面的一个string事实上占用的正真大小为：

package main

import (
	"fmt"
	"unsafe"
)

func main() {
	str := "hello"
	fmt.Printf("len(): %d bytes (content size)\n", len(str))
	fmt.Printf("Sizeof string struct: %d bytes\n", unsafe.Sizeof(str))
	fmt.Printf("Total estimated memory: %d bytes\n", unsafe.Sizeof(str)+uintptr(len(str)))
}

output：

String: hello
len(): 5 bytes (content size)
Sizeof string struct: 16 bytes
Total estimated memory: 21 bytes

Rust的字符串

String

rust里面有两种常用的字符串，一个是String，另一个是&str。

在Rust中，String是一个可变的、堆分配的类型，底层实现是一个Vec<u8>

pub struct String {
    vec: Vec<u8>,
}

所以一个String本质上还包含着vector的结构，也就是：

1. 指向堆分配数据的指针：8 字节（在64 位系统上）。
2. 字符串的长度（usize）：8 字节。
3. 堆分配容量（usize）：8 字节。

所以说一个rust的string所占用的内存就至少是24字节，而且其本质由于就是一个vector，可以根据索引修改vector里面的值

fn main() {
    let s = String::from("hello");
    println!("Size of String struct: {} bytes", std::mem::size_of::<String>());
    println!("Content length: {} bytes", s.len());
}

output：

Size of String struct: 24 bytes
Content length: 5 bytes

&str

​ 另一个是&str，在Rust中，&str是一个字符串切片类型，它是对字符串数据的不可变引用。相比于String，&str更轻量级，因为它只是一个指向实际字符串数据的引用，而不是负责管理字符串数据本身。简单来说&str就是一个对静态内存或者堆内存的一个引用。一个&str的大小是固定的，包含两个部分：

1. 指向字符串内容的指针（*const u8）：8 字节（在 64 位系统上）。
2. 字符串的长度（usize）：8 字节。

所以一个&str至少就是16字节。

fn main() {
    let s = "hello"; // &str 类型
    println!("Size of &str: {} bytes", std::mem::size_of_val(&s));
    println!("Content length: {} bytes", s.len());
}

output：

Size of &str: 16 bytes
Content length: 5 bytes

why

&str和String的关系

1. String转换为&str

   • &str是对String数据的不可变引用。

   • 通过&操作可以将String转换为&str，这并不是简单的取地址，而是生成一个指向String内部数据的引用。

   • 示例：

     let s = String::from("hello");
     let slice: &str = &s; //将 String 转为&str
     println!("{}", slice);
     

2. &str转换为String

   • 如果你需要一个拥有所有权的字符串，可以通过.to_string()或String::from()将&str转换为String。

   • 示例：

     let slice: &str = "hello";
     let s: String = slice.to_string(); // 将 &str 转为 String
     println!("{}", s);
     

怎么要两个字符串？

都有String了，为什么还要个这种&str，有时候看别人的代码都只创建&str而不是String，这是为什么呢？而且String还可以修改可以直接克隆。

1. 轻量级和高效

• 内存开销更小：

  • &str是不可变的引用，不需要额外的堆分配。
  • 它只包含一个指针和一个长度，总大小为16 字节，比String的24 字节更小。

• 数据共享：

  • &str是对现有字符串数据的引用，不会创建新数据或重新分配内存。适用于只读场景，避免不必要的性能开销。
  • 例如，字符串字面量（"hello"）是静态分配的，用&str表示效率更高。

• 性能优越：

  • 在函数参数中使用&str而不是String，避免堆分配和拷贝。

  • 示例：

    fn greet(name: &str) {
        println!("Hello, {}!", name);
    }
    let name = String::from("Alice");
    greet(&name); // 传递不可变引用，避免拷贝，类似于golang里面传递&string
    

2. 安全性

• &str的不可变性提供了额外的安全保障，确保引用的数据不会意外被修改。

3.适配静态字符串

• 如果数据是静态的（如程序中的字符串字面量），选择&str是合适的，经常作为全局静态变量使用

  let s: &str = "hello world"; // 静态字符串
  

结尾

总结对比