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使用Cell<T>相比于仅使用T会产生哪些成本？

rust
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我看到一个在reddit上的评论，指出使用Cell<T>会阻止某些优化：

Cell没有内存开销（Cell和T的大小相同），运行时开销小（它“只是”抑制了优化，不会引入额外的显式操作）。

这似乎与我读到的其他关于Cell<T>的东西相反，特别是它是“零成本”的。我第一次遇到这种分类是在这里。
总之，我想了解使用Cell<T>的实际成本，包括它可能阻止的任何优化。
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当LLVM知道某些内容是不可变的时，它可以进行许多优化，如果该内容是可变的，则这些优化将是不安全的。在Rust中，默认情况下所有内容都是不可变的，因此编译器需要向LLVM发出标记，以便它不能随意重新排列代码。 - Peter Hall
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零成本意味着如果您想要手动实现它，您将具有与抽象相同的成本。如果您需要提供与“Cell”相同的功能，则会有相同的优化损失。 - Stargateur
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与此相关的是问题＃34496，以及UnsafeCell文档（请注意，Cell本身对编译器并不特殊，因为它不是语言项; 它从其内部的UnsafeCell“继承”了这个属性）。 - trent
1个回答
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TL;DR Cell是零开销的抽象；也就是说，手动实现相同功能的成本是相同的。

术语“零成本抽象”不是英语，而是行话。 “零成本抽象”的想法是，“抽象层”本身与“手动”执行相比不会增加任何成本。
有各种误解：最值得注意的是，我经常看到零成本被理解为“操作是免费的”，这并不是事实。
为了增加混淆，大多数C ++实现使用的异常机制（Rust用于 panic = unwind ）称为Zero-Cost Exceptions，并声称在非抛出路径上不会添加任何开销。 这是一种不同类型的零成本...
最近，我的建议是切换到使用术语“零开销抽象”：首先，因为它是与零成本例外不同的术语，所以不太可能被误解；其次，因为它强调抽象不会增加开销，这正是我们试图传达的内容。 1 目标仅部分实现。虽然具有和没有抛出可能性的相同程序确实具有相同的性能，但潜在异常的存在可能会妨碍优化器并导致它首先生成次优汇编。
说了这么多，我想了解使用Cell<T>的实际成本，包括它可能阻止的任何优化。
在内存方面，没有额外的开销:
  • sizeof::<Cell<T>>() == sizeof::<T>(),
  • 给定类型为Cell<T>的cell，有&cell == cell.as_ptr()。
（你可以查看源代码）
在访问方面，Cell<T>与T相比确实会产生运行时成本；额外功能的成本。
最直接的成本是通过&Cell<T>对值进行操作需要来回复制1。这是一次按位复制，所以如果优化器可以证明安全，它可以省略它。
另一个显著的成本是，UnsafeCell<T>(Cell<T>的基础)违反了&T表示T不能被修改的规则。
当编译器可以证明一部分内存不会被修改时，它可以优化掉进一步的读取：在寄存器中读取t.foo，然后使用寄存器值而不是再次读取t.foo。
在传统的Rust代码中，&T给出了这样的保证：无论是否有不透明的函数调用、调用C代码等，在两次读取t.foo之间，第二次读取将返回与第一次相同的值，得到保证。但是，使用&Cell<T>就没有这样的保证，因此除非优化器能够证明该值未被修改2，否则它不能应用这样的优化。 1您可以通过&mut Cell<T>或使用unsafe代码免费操作该值。 2例如，如果优化器知道该值驻留在堆栈上，并且它从未将该值的地址传递给任何其他人，则可以合理地推断出没有其他人可以修改该值。虽然肯定存在堆栈破坏攻击。
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