Rust 中的空指针优化是什么？答案

【问题标题】：What is the null pointer optimization in Rust?Rust 中的空指针优化是什么？
【发布时间】：2018-03-15 10:03:29
【问题描述】：

在Learning Rust With Entirely Too Many Linked Lists，作者提到：

但是，如果我们有一种特殊的枚举：
enum Foo {
    A,
    B(ContainsANonNullPtr),
}
空指针优化开始，消除了标记所需的空间。如果变体是A，则整个枚举设置为所有0。否则，变体为B。这是可行的，因为B 永远不可能全部是0，因为它包含一个非零指针。

我猜作者是这么说的（假设A是4位，B是4位）

let test = Foo::A

内存布局是

0000 0000

但是

let test = Foo::B

内存布局是

some 8 bit non 0 value

这里究竟优化了什么？不都是8位的表示作者声称的时候是什么意思

这意味着&、&mut、Box、Rc、Arc、Vec 以及 Rust 中的其他几个重要类型在放入 Option 时没有开销

【问题讨论】：

标签： rust

【解决方案1】：

空指针优化基本上意味着如果您有一个包含两个变体的枚举，其中一个变体没有关联数据，而另一个变体具有关联数据，其中全零的位模式不是有效值，那么enum 本身将占用与关联值完全相同的空间量，使用全零位模式表示它是另一个变体。

换句话说，这意味着Option<&T> 的大小与&T 完全相同，而不需要额外的单词。

【讨论】：

我明白这一点。但是编译器如何知道全零是否是无效值？我假设优化只适用于特定的内置类型。如果有，是哪些？
编译器内置了各种类型的内存布局知识。例如，它知道&-references 永远不能为空。它还知道String 和Vec 永远不能全为零；在此之后进入实现，String 由Vec 支持，RawVec 由Unique 支持，Unique 包含*const T，但具有声明它可以的编译器属性t 为空。类似地，有一个 stdlib NonNull<T> 类型，其行为类似于永远不能为空的 *mut T。
详细说明，空字符串和向量不指向空值，它们指向一个容量为零的固定非空地址。其他容器也一样，比如可以廉价创建的 HashMaps。 Rust 标准库非常努力地避免指针中的空值，因此可以为空指针优化之类的事情保留全零值。

【解决方案2】：

enum 是一个标记的联合。没有优化它看起来像

Foo::A;    // tag 0x00 data 0xXX
Foo::B(2); // tag 0x01 data 0x02

空指针优化去掉了单独的标签字段。

Foo::A;    // tag+data 0x00
Foo::B(2); // tag+data 0x02

【讨论】：

第二个例子似乎有点不准确，考虑到0x00 是整数的有效位模式，因此Foo::A 和Foo::B(0) 的含义不明确。跨度>

【解决方案3】：

我也学了太多链表，或许这段代码sn-p可以加深你的理解

pub enum WithNullPtrOptimization{
    A,
    B(String),
}

pub enum WithoutNullPtrOptimization{
    A,
    B(u32),
}

fn main()  {
    println!("{} {}", std::mem::size_of::<WithNullPtrOptimization>(), std::mem::size_of::<String>()); // 24 24
    println!("{} {}", std::mem::size_of::<WithoutNullPtrOptimization>(), std::mem::size_of::<u32>()); // 8 4
}

【讨论】：