理解 Rust 中的 String 分配机制
在 Rust 中，哪怕是一行再普通不过的代码，也可能暗藏玄机。这次我们就来剖析这样一句看似简单的代码：
let s = "hello world".to_string();
这行代码触发了 只读数据段（.rodata）、堆（heap） 和 栈（stack） 三个内存区域的联动。我们将一步步解析这背后发生的事情，并最终弄清楚为什么一个字符串变量要占用 3 个 word（24 字节）。
一、从这行代码开始
我们先看代码：
let s = "hello world".to_string();
你可能以为这里只是创建了一个字符串对象，实则触发了一连串复杂的内存操作。
二、程序中的三大内存区域
1. .rodata（只读数据段）
- 存储内容：程序中所有不可变的字符串常量（比如
"hello world"） - 特点：编译时就确定，加载程序时直接映射进内存，不可修改
- 举例：
"hello world"编译后会保存在.rodata里，是只读的静态内存
2. 堆（Heap）
- 存储内容：运行时动态分配的内存
- 特点：需要手动管理（Rust 用所有权系统保障安全）
- 在这里：
.to_string()会在堆上开辟一块新空间，把"hello world"拷贝进来
3. 栈（Stack）
- 存储内容：函数里的局部变量和结构体字段（固定大小）
- 在这里：变量
s是个String，它是一个结构体，保存在栈上，记录了堆那块内存的三个关键信息
三、什么是一个 word？
- 在 64 位系统 中，一个 word = 8 字节
- Rust 中很多基础类型如指针、
usize等都是一个 word 大小 - 一个
String包含 3 个字段：指针 + 长度 + 容量 → 共 3 个 word = 24 字节
四、Rust 中 String 的结构
Rust 的 String 实际上是下面这个结构：
struct String {
ptr: *const u8, // 指向堆上的字符串数据
len: usize, // 当前字符串的长度
capacity: usize, // 分配的总内存容量
}
举个例子，如果你用 .to_string() 创建了 "hello world"，那么：
ptr→ 指向堆上的字符串数据len= 11（hello world 一共 11 个字符）capacity= 11（刚好分配了 11 字节）
五、这行代码到底做了什么？
来回顾这句代码：
let s = "hello world".to_string();
执行过程：
"hello world"是字符串字面量，编译阶段进入.rodata.to_string()时：- 在堆上申请 11 字节
- 把
.rodata中的数据逐字节拷贝过去
- 在栈上创建一个
String结构体（变量s）：- 存储堆地址（ptr）
- 长度（len = 11）
- 容量（capacity = 11）
📦 三个 word 分别是什么？
| 字段 | 类型 | 意义 |
|---|---|---|
ptr | *const u8 | 指向堆上数据的地址 |
len | usize | 表示字符串当前长度 |
capacity | usize | 表示堆中已分配的空间容量 |
六、用代码验证 String 的大小
可以用 std::mem::size_of::<String>() 来验证：
use std::mem::size_of;
fn main() {
println!("Size of String: {}", size_of::<String>());
}
输出为：
Size of String: 24
七、可视化内存布局
.rodata（只读段）：
+----------------+
| "hello world" | ← 编译时写入，可读不可改
堆：
+-----------------------------------+
| 'h' 'e' 'l' 'l' 'o' ' ' 'w' 'o' 'r' 'l' 'd' |
^
|__ s.ptr 指向这里，len = 11，cap = 11
栈：
+------------------------------+
| ptr（指向堆） |
| len = 11 |
| capacity = 11 |
+------------------------------+
八、延伸思考与解答
❓1. 如果改用 let s = "hello world"; 会发生什么？
这是 &'static str，不是 String：
"hello world"仍然在.rodata段s是对该段的引用，不会复制也不会在堆上分配内存s的类型是&'static str，本质上就是一个指针和长度的组合，占 16 字节（2 个 word）
👉 更高效，但不可变。
❓2. 为什么还要用 .to_string()，不直接用 &str？
&str是只读的，不能修改.to_string()创建一个 可变字符串，你可以.push()、.insert()等- 在需要修改字符串内容时，必须使用
String
❓3. 如果字符串很长或频繁修改，是否性能差？
- 如果你不断修改字符串，比如
.push_str()，可能会多次触发重新分配（扩容） - 最好使用
.with_capacity()预先分配内存，避免多次扩容
例如：
let mut s = String::with_capacity(100);
s.push_str("hello");
❓4. Vec<T> 和 String 内部结构一样吗？
几乎一样！
String就是Vec<u8>的封装- 二者都有指针、长度、容量
- 所以你可以通过
.into_bytes()把String转成Vec<u8>，而.from_utf8()可以反转回来
九、总结
这一行代码表面上只是创建了一个字符串，但它背后涉及了：
.rodata存储静态常量- 堆上拷贝数据（可变性）
- 栈上维护指针、长度、容量
它完美体现了 Rust 的内存模型：安全、高效、结构清晰。