向操作系统借地盘

在 Ziglings 的第 96 个练习中，我们迎来了一个里程碑：动态内存分配。

在之前的练习中，数组的大小必须在编译期已知（如 [5]u8）。但如果我们要读取用户输入的字符串，或者处理一个未知大小的文件怎么办？栈内存（Stack）满足不了我们，我们需要堆内存（Heap）。

Zig 与 C 或 Go 不同，它没有全局的 malloc，也没有垃圾回收（GC）。它要求我们在需要内存时，必须显式地选择一个 Allocator（分配器）。

挑战：计算移动平均数

我们需要为一个长度未知的输入数组计算移动平均数。因为 avg 数组的长度取决于输入 arr 的长度，我们无法在编译期确定它的大小，必须在运行时分配。

解决方案

我们使用 ArenaAllocator。这是一种非常省心的分配策略：只管申请，最后一次性全部释放。

const std = @import("std");

fn runningAverage(arr: []const f64, avg: []f64) void {
    var sum: f64 = 0;
    for (0.., arr) |index, val| {
        sum += val;
        const f_index: f64 = @floatFromInt(index + 1);
        avg[index] = sum / f_index;
    }
}

pub fn main() !void {
    // 假设这是从用户输入读取的动态数据
    const arr: []const f64 = &[_]f64{ 0.3, 0.2, 0.1, 0.1, 0.4 };

    // 1. 初始化 Arena 分配器
    // page_allocator 是直接找操作系统要内存的底层分配器
    var arena = std.heap.ArenaAllocator.init(std.heap.page_allocator);

    // 2. 确保在 main 函数退出时释放所有内存
    // Arena 的好处就在这里：我们不需要 free(avg)，只需要释放 arena 即可
    defer arena.deinit();

    // 3. 获取分配器接口
    const allocator = arena.allocator();

    // 4. 动态分配内存
    // alloc 可能会失败（内存不足），所以需要 try
    // 它返回一个切片 []f64
    const avg: []f64 = try allocator.alloc(f64, arr.len);

    runningAverage(arr, avg);
    
    std.debug.print("Running Average: ", .{});
    for (avg) |val| {
        std.debug.print("{d:.2} ", .{val});
    }
    std.debug.print("\n", .{});
}

核心知识点总结

1. 为什么是 Arena？

ArenaAllocator 就像是把你所有的玩具都倒在一个大框里。

优点：分配速度极快（指针移动一下就行），清理极其方便（直接把框倒空）。
缺点：内存使用量只能增加，不能减少。你不能单独释放框里的某一个玩具。对于生命周期较短的任务（如 HTTP 请求处理、CLI 工具），这是最佳选择。

2. `defer` 的至关重要性

defer arena.deinit() 是 Zig 内存安全的基石。它保证了无论函数通过什么路径退出（正常结束或发生错误），内存都会被清理。这避免了 C 语言中常见的内存泄漏问题。

3. `alloc` vs `create`

alloc(T, n): 分配数组。返回切片 []T。
create(T): 分配单个对象。返回指针 *T。

后续预告：我们学会了分配原始内存切片。但在实际开发中，我们需要更高级的数据结构，比如可以自动扩容的数组。下一篇，我们将学习 Zig 标准库中的 ArrayList。

Ziglings 笔记 96: 内存分配器 (Allocators)