Rust 的 Option 类型的开销是多少？

Posted 2023-02-21

【中文标题】Rust 的 Option 类型的开销是多少？

【英文标题】：What is the overhead of Rust's Option type?

【发布时间】：2013-05-06 11:01:27

【问题描述】：

在 Rust 中，引用永远不能为 null，因此如果您确实需要 null，例如链表，则使用 Option 类型：

struct Element 
    value: i32,
    next: Option<Box<Element>>,

与简单的指针相比，在内存分配和取消引用的步骤方面涉及多少开销？编译器/运行时是否有一些“魔法”可以使Option免费，或者比使用相同enum构造在非核心库中自己实现Option的成本更低，或者通过将指针包装在向量中？

【参考方案1】：

是的，有一些编译器魔法可以将 Option<ptr> 优化为单个指针（大部分时间）。

use std::mem::size_of;

macro_rules! show_size 
    (header) => (
        println!(":<22 :>4    ", "Type", "T", "Option<T>");
    );
    ($t:ty) => (
        println!(":<22 :4 :4", stringify!($t), size_of::<$t>(), size_of::<Option<$t>>())
    )


fn main() 
    show_size!(header);
    show_size!(i32);
    show_size!(&i32);
    show_size!(Box<i32>);
    show_size!(&[i32]);
    show_size!(Vec<i32>);
    show_size!(Result<(), Box<i32>>);

打印以下大小（在 64 位机器上，因此指针为 8 个字节）：

// As of Rust 1.22.1
Type                      T    Option<T>
i32                       4    8
&i32                      8    8
Box<i32>                  8    8
&[i32]                   16   16
Vec<i32>                 24   24
Result<(), Box<i32>>      8   16

请注意，&i32、Box、&[i32]、Vec<i32> 都在 Option 中使用不可空指针优化！

【讨论】：

此外，这种优化发生在所有“Option-like”枚举中，因此它也适用于用户定义的Option。

还要注意这个优化不能叠加。这可以在示例的最后一行中看到。当您将 Ok 的类型指定为 () 时，该特定结果类型将成为“类似枚举的选项”，因此无法在选项级别进行优化。但如果您尝试使用Result<i32, i32>，您会看到再次应用了优化。

@Pajn 看起来，至少截至 2020 年 3 月，this type of optimization can be stacked 只要有足够多的其他无效二进制表示。当然，不可为空的指针通常只有一种无效的二进制表示。