Rust 的 Option<Vec<T>> 如何以及为何优化为 24 字节？

Question

令我惊讶的是

Option<Vec<T>>

与

Vec<T>

的大小相同：

fn main() {
  println!(
    "u128: {} -> {}",
    size_of::<u128>(),
    size_of::<Option<u128>>()
  );
  println!(
    "vec: {} -> {}",
    size_of::<Vec<u16>>(),
    size_of::<Option<Vec<u16>>>()
  );
}

评估至

u128: 16 -> 32
vec: 24 -> 24

那么

1. Rust 如何表示

   None

   的

   Option<Vec>

   情况？看起来正常的

   Vec

   的 24 个字节来自 3 个 8 字节字段：一个指针、一个字节容量和一个长度。我的猜测是它使用了

   None

   的空指针，但我不确定。如果

   Vec

   持有 2 个指针，Rust 是否仍然能够保持相同的内存布局？

2. Rust 为什么要这样做？对于

   Option<u128>

   ，我们显然可以选择使用

   N

   字节，与

   N > 16

   一样长，而 Rust 选择

   N = 32

   。这当然有很好的特性，例如我们可以仅通过位移位（无乘法）来访问

   i

   的第

   Vec<Option<u128>>

   个元素。但如果这是理想的情况，Rust 不应该也将

   Option<Vec<T>>

   设为 32 字节吗？

Rust 版本：rustc 1.83.0-nightly (1bc403daa 2024-10-11)

Answer 1

Option<Vec<_>>

您已经发现了由

Vec

支持的利基价值优化。更具体地说：

• Vec<T>

  包含...

• RawVec<T>

  ，其中包含...

• RawVecInner

  ，其中包含...

• Unique<u8>

  ，其中包含...

• NonZero<*const u8>

  .

NonZero

的文档特别指出，缺少 0 可实现内存布局优化。

因此，

Option::<Vec<_>>::None

可以表示指针所在位置的 0（这与 NULL

*const u8

指针的有效实例不同），以及长度和容量所在位置的任意值。

我不确定你所说的持有两个指针的

Vec

是什么意思。添加一个额外的指针到

Vec

将会使

Vec

和

Option<Vec<_>>

的大小增加指针的大小。

Option<u128>

首先，我们假设

u128

的对齐方式是

16

：

println!("{}", std::mem::align_of::<u128>()); // 16

考虑值

vec![Some(0u128), Some(0u128)]

。为了健全性，两个

u128

值必须对齐。按照您的逻辑，

Vec

中的第一项必须至少占用 17 个字节（

u128

为 16 个字节，

enum

判别式为 1）。下一个对齐的内存位置（对齐的倍数）将是从

Vec

开头算起的 32 个字节。由于

Vec

无法在项目之间添加填充，因此填充必须在

Option<u128>

内，使其为 32 字节。