枚举类型和Option<枚举类型>的内存表示是什么？

Question

枚举类型和Option<枚举类型>的内存表示是什么？

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给定以下（playground）：

enum A { A = 0, B, C }
enum B { A = 1, B, C }

Rust如何在内存中表示类型A、Option、B和Option？Rust如何将这四种类型都表示为单字节呢？对于Option来说是有道理的，但我预期Option应该占用两个字节。

- puritii

还有，我可以使用什么工具来找到这种信息？ - puritii

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我认为你假定了 None 情况必须全部为零。你可以通过一些不安全的内存转换（在此处查看）来使自己清醒。对于 Option<A/B> 的 None，分别编码为 3 和 4。 - kmdreko

@kmdreko 哎呀，这正是我在寻找的。谢谢！也许你可以把它转化为答案，我会标记它的。 - puritii

1个回答

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可以查看英文原文，
原文链接

- kmdreko · Accepted Answer

免责声明：这里不保证所见到的确切行为始终如此，您不应该依赖具体值。此外，本答案仅基于观察结果，并且仅涉及枚举; 还有关于&T、NonNull、NonZeroU8（以及它们的衍生物）和包含这些东西的嵌套结构的其他内存优化。

基本枚举

如果您有一个简单的非嵌套结构枚举，则默认行为是枚举变量从零开始递增。因此，第一个不可表示的比特模式用作“无”值：

enum Simple { A, B };
println!("{}", unsafe { transmute::<Option<Simple>, u8>(None) });
// prints 2

如果您的简单枚举类型没有嵌套结构，在前面留下了一个间隙，那么`None`值仍将由枚举变量表示之后第一个不可表示的位模式来表示：

enum GapInFront { A = 1, B };
println!("{}", unsafe { transmute::<Option<GapInFront>, u8>(None) });
// prints 3

如果在开头留下空隙，并在比特空间的末尾有一个变量，那么它才会使用全零作为None值。

enum ExtendsToEnd { A = 1, B = 255 };
println!("{}", unsafe { transmute::<Option<ExtendsToEnd>, u8>(None) });
// prints 0

需要注意的一点是，它永远不会在None值的变体之间选择表示形式。即使存在大量不可表示的位模式，占据边界的变体也会导致它使用2字节：

enum Full { A = 0, B = 255 };
println!("{:?}", unsafe { transmute::<Option<Full>, [u8; 2]>(None) });
// prints [0, 60], which I believe is undefined behavior 
// since I think the second byte is left uninitialized

我的猜测是编译器并不跟踪所有可表示的位模式，而仅保留用于执行这些检查的范围。

更有趣的内容。

如果您的枚举类型具有嵌套枚举值的变量，则它也会考虑到该变量：

enum Nested { A, B };
enum Complex { A(Nested), B };
println!("{}", unsafe { transmute::<Option<Complex>, u8>(None) });
// prints 3

然而，如果两个变体具有值，即使它们的位模式不重叠（令人难过），似乎会出现错误。

enum Nested1 { A, B };
enum Nested2 { A=2, B };
enum MoreComplex { A(Nested1), B(Nested2) };
println!("{:?}", unsafe { transmute::<Option<MoreComplex>, [u8; 2]>(None) });
// prints [2, 211], again the second byte is left uninitialized

另外需要指出的是，这并不是Option特有的情况；如果您定义了自己的选项类型，则其行为相同：

enum MyOption<T> { None, Some(T) };
println!("{}", unsafe { transmute::<MyOption<Simple>, u8>(MyOption::None) });
// prints 2

在playground上查看此内容。

另请参阅Rust的Option类型的开销是多少？。