为何我的Safe Rust代码会触发段错误或栈溢出？

问题代码 #

use std::mem::size_of;

const ROWS_PER_PAGE: usize = PAGE_SIZE / ROW_SIZE;
const TABLE_MAX_ROWS: usize = TABLE_MAX_PAGES * ROWS_PER_PAGE;
const ROW_SIZE: usize = ID_SIZE + USERNAME_SIZE + EMAIL_SIZE;
const TABLE_MAX_PAGES: usize = 100;
const PAGE_SIZE: usize = 4096;
const ID_SIZE: usize = size_of::<u64>();
const USERNAME_SIZE: usize = 32;
const EMAIL_SIZE: usize = 255;

#[derive(Clone, Copy, Debug)]
pub struct Page {
    buffer: [u8; PAGE_SIZE],
}
pub struct Table {
    pub pages: [Option<Page>; TABLE_MAX_ROWS],
    pub num_rows: usize,
}

impl Table {
    pub fn new() -> Self {
        Self {
            pages: [None; TABLE_MAX_ROWS],
            num_rows: 0,
        }
    }
}

fn main() {
    println!("{}", ROW_SIZE);
    let table = Table::new();
    println!("{:p}", &table);
}

运行报错 #

在MacBook Pro（aarch64-apple-darwin nightly工具链）上运行：

$ cargo r
    Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.07s
    Running `target/debug/segfault`
295
[1]    68684 segmentation fault 
$ rustup show active-toolchain       
nightly-aarch64-apple-darwin (default)

在Rust Playground运行时直接提示Stack overflow。

问题原因 #

核心是栈上分配了超大型数组：

1. 计算常量值：
   • ROW_SIZE = 8 + 32 + 255 = 295
   • ROWS_PER_PAGE = 4096 / 295 = 13（整数除法取整）
   • TABLE_MAX_ROWS = 100 * 13 = 1300
2. Table结构体中的pages是包含1300个Option<Page>的固定大小数组，每个Page本身占用4096字节内存，即使None状态的Option<Page>也会占用近似大小的内存（额外加1字节标记位）。
3. 整个pages数组总内存占用约为1300 * 4097 ≈ 5.3MB，而程序栈空间通常仅几MB（macOS默认栈大小约8MB，debug模式下编译器额外开销会进一步压缩可用空间）。当main函数创建Table实例时，巨型数组直接分配在栈上，瞬间耗尽栈空间引发溢出——不同平台对栈溢出的表现不同，macOS触发段错误，Rust Playground直接检测并提示栈溢出。

解决方案 #

将大型数组从栈转移到堆上，比如用Vec<Option<Page>>替代固定大小数组：

// 修改Table结构体定义
pub struct Table {
    pub pages: Vec<Option<Page>>,
    pub num_rows: usize,
}

impl Table {
    pub fn new() -> Self {
        Self {
            // Vec会在堆上分配内存
            pages: vec![None; TABLE_MAX_ROWS],
            num_rows: 0,
        }
    }
}

这样数组内存会分配在堆上，栈上仅存储Vec的元数据（指针、长度、容量），不会再触发栈溢出问题。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Miss Yoimiya's puppy