الستاك والهيب

الشرح

كل الدروس اللي فاتت كانت بتشتغل على قيم حجمها معروف: i32 أربع بايتات، bool بايت واحد، char أربع بايتات. الحجم ده معروف وإنت بتكتب الكود، قبل ما البرنامج يشتغل أصلاً.

دلوقتي فكّر في نص المستخدم بيكتبه. مش هتعرف طوله وإنت بتترجم — ممكن يكون حرف واحد وممكن يكون مليون. البرنامج محتاج مكان لحاجة حجمها هيتحدد وقت التشغيل.

الحلين دول ليهم مكانين مختلفين تماماً في الذاكرة.

الستاك ترتيبه بسيط جداً: كل حاجة بتتحط فوق اللي قبلها، وبتتشال بنفس الترتيب بالعكس. عشان كده هو سريع — إضافة قيمة يعني تحريك مؤشر واحد. بس الترتيب البسيط ده ليه شرط: كل حاجة على الستاك لازم يكون حجمها معروف وقت الترجمة.

الهيب أقل ترتيباً. بتطلب مساحة بحجم معين، والنظام بيدور على مكان فاضي كفاية، بيحجزه، وبيرجّعلك عنوانه. الخطوتين دول بيكلّفوا وقت — البحث وقت الحجز، والقفزة للعنوان وقت القراءة. المقابل إنك تقدر تحجز حاجة حجمها اتحدد وقت التشغيل.

كل دالة بتشتغل في Rust بتاخد شريط على الستاك اسمه frame، وكل متغيراتها المحلية بتقعد فيه. لما الدالة تخلص، الـ frame بيتشال كله مرة واحدة.

طيب String بقى، اللي حجمه مش معروف — بيقعد فين؟ في الاتنين.

المرئي

1fn main() {2    let x = 5;3    let s = String::from("hi");45    println!("{x} {s}");6}

الكود

جرّب ده بنفسك — كل رقم في الشرح فوق طالع من الأرقام اللي البرنامج ده بيطبعها:

fn main() {
    let x = 5;
    let s = String::from("hi");

    println!("x = {x}");
    println!("s = {s}, len = {}, capacity = {}", s.len(), s.capacity());
    println!("size of x on the stack  = {} bytes", std::mem::size_of_val(&x));
    println!("size of s on the stack  = {} bytes", std::mem::size_of_val(&s));
    println!("bytes s owns on the heap = {}", s.capacity());
}

الخرج، من تشغيل حقيقي بـ rustc 1.97.1:

x = 5
s = hi, len = 2, capacity = 2
size of x on the stack  = 4 bytes
size of s on the stack  = 24 bytes
bytes s owns on the heap = 2

خد بالك من السطر التالت والرابع. x بياخد 4 بايت على الستاك، وs بياخد 24 — مع إن النص اللي جواه حرفين بس. الـ 24 دي مش النص، دي التلات حقول: العنوان، والطول، والسعة. كل واحد فيهم 8 بايت على جهاز 64-bit.

ليه بيشتغل كده

السؤال اللي فتحنا بيه المسار كله كان: مين المسؤول عن إن الذاكرة ترجع؟

هنا بتشوف الإجابة بتتنفذ. x مش محتاج مسؤول — هو جوه الـ frame، ولما الدالة تخلص الـ frame بيتشال والقيمة بتروح معاه. مفيش شغل إضافي.

s مختلف. البايتات اللي على الهيب مش جوه الـ frame، فشيل الـ frame مش بيحررها. لازم يبقى فيه أمر صريح بتحريرها، والأمر ده لازم يتنفذ مرة واحدة بالظبط: لو اتنفذ صفر مرات ده تسريب ذاكرة، ولو اتنفذ مرتين ده تحرير مزدوج — وهو من أخطر الأخطاء في C.

الكومبايلر بيحل ده بإنه يتتبع مين المالك. s هو المالك، وآخر مكان s موجود فيه هو آخر الدالة، فالكومبايلر بيحط أمر التحرير هناك وهو بيترجم. البرنامج اللي بيطلع مفيهوش أي فحص وقت التشغيل — القرار اتاخد قبل ما البرنامج يبدأ.

عشان ده يفضل مضمون، لازم يكون فيه مالك واحد بس في كل لحظة. دي القاعدة اللي الدرس الجاي كله عنها.

تمرين

من غير ما تشغّل حاجة، قول كل قيمة من دول بتقعد فين — الستاك، الهيب، ولا الاتنين:

1. let n: u64 = 900;
2. let name = String::from("Sara");
3. let flag = true;
4. let letter = 'م';
5. let text = "Sara"; — خد بالك ده مالوش نوع String