Rust 是否在堆栈上分配以使用 Some 初始化选项引用？

Question

我一直在受限的嵌入式环境中使用 Rust（在 STM32F303 MCU 上），我注意到我的一些函数分配了出乎意料的大量堆栈空间。 在这种环境中，我没有分配器，需要在堆栈上分配大型、可变、静态的数据结构。 最终，我发现某些函数意外地在堆栈上分配空间，并导致我的内存受限堆栈溢出。

我希望了解以下mutate 函数需要在堆栈上分配多少内存。 我一直在这个网站上寻找这个问题的答案，但似乎没有人为这个更普遍的问题提供答案。 我知道对于下面的这个代码块，我可以查看 LLVM/程序集以查看分配的位置，但我试图了解如何预测何时为一般类问题进行堆栈分配 - 独立于编译器选项和优化器。 以下问题是一个玩具示例，它模仿了我在嵌入式 Rust 程序中使用（并且遇到问题）的模式。

问题：下面的mutate需要在栈上分配多少内存？

struct Parent {
    data: Option<[u32; 1024]>,
}

impl Parent {
    pub fn new() -> Self {
        Parent { data: None }
    }

    // Ideally, this function should allocate negligible memory on the stack
    pub fn mutate(&mut self) {
        let arr = [0u32; 1024];
        self.data = Some(arr);
        for i in 0..self.data.unwrap().len() {
            self.data.unwrap()[i] = i as u32;
        }
    }
}

fn main() {
    let mut it = Parent::new();
    it.mutate();
}

注意事项

• 其他帖子似乎表明这种行为取决于优化器。如果是这种情况，有没有办法可以重写上面的代码，以便代码的读者可以清楚地看到每个函数的堆栈分配大小？
• let 关键字（mutate 函数的第一行）对大数组是否在栈上分配有影响吗？
• 我确信我可以使用unsafe rust 以确保该函数不需要进行任何分配/memcpys（就像我在 C 中所做的那样）。在不使用unsafe 的情况下，有没有更好的方法来做到这一点？

在此先感谢您对此问题的任何帮助。

Answer 1

问题：mutate 下面需要在栈上分配多少内存？

4kB (32 = 8 * 1024)？您实际上是在堆栈上创建一个本地数组，而 Rust 没有新位置，因此即使您没有在堆栈上创建一个本地数组，它基本上取决于它处理分配的优化器。

还请注意，您的 Parent 结构也必然总是占用 4kB，实际上它可能需要 4kB + 4 或 8 个字节（不确定 u32 数组的对齐要求是什么）作为数组的选项标签没有 rustc 可用于利基变体优化的无效值。

edit：哦，等等，不，您还使用 self.data.unwrap() 调用将数组 back 复制到函数中，所以还有 2 个，所以至少 12kB。事实上，将其插入 Compiler Explorer 会告诉我：

example::Parent::mutate: mov eax, 28856

所以那是 28k，不太确定额外费用来自哪里。

无论如何激活-O，看起来一切都被优化了，所以……幸运吗？：

example::Parent::mutate:
        push    rax
        mov     dword ptr [rdi], 1
        add     rdi, 4
        mov     edx, 4096
        xor     esi, esi
        call    qword ptr [rip + memset@GOTPCREL]
        pop     rax
        ret