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Accepted
Zoey Hewll
Asked: 2023-08-17 20:24:33 +0800 CST

原始表示中的 Rust 枚举

  • 772

我最近通读了Type Layout，对枚举上原始 repr 的描述感到惊讶。请参阅带有字段的枚举的原始表示和将枚举的原始表示与字段和 组合#[repr(C)]。我的问题是，这两种表示不是等价的吗？

更具体地说，考虑这个枚举：

enum WithFields {
    A(u16),
    B(u8, u16),
    C(u32, u32),
}

如果用 注释repr(u8)，它将具有与UnionWithTag以下相同的表示：

#[repr(C)]
union UnionWithTag {
    a: VariantA,
    b: VariantB,
    c: VariantC,
}

#[derive(Copy, Clone)]
#[repr(u8)]
pub enum Tag {
    A,
    B,
    C,
}

#[derive(Copy, Clone)]
#[repr(C)]
struct VariantA(Tag, u16);

#[derive(Copy, Clone)]
#[repr(C)]
struct VariantB(Tag, u8, u16);

#[derive(Copy, Clone)]
#[repr(C)]
struct VariantC(Tag, u32, u32);

如果用 注释repr(C, u8)，它将具有与TaggedUnion以下相同的表示形式：

#[repr(C)]
struct TaggedUnion {
    tag: Tag,
    payload: Union,
}

#[derive(Copy, Clone)]
#[repr(u8)]
pub enum Tag {
    A,
    B,
    C,
}

#[repr(C)]
pub union Union {
    a: PayloadA,
    b: PayloadB,
    c: PayloadC,
}

#[derive(Copy, Clone)]
#[repr(C)]
struct PayloadA(u16);

#[derive(Copy, Clone)]
#[repr(C)]
struct PayloadB(u8, u16);

#[derive(Copy, Clone)]
#[repr(C)]
struct PayloadC(u32, u32);

TaggedUnion和UnionWithTag布局不一样吗？

rust

2 个回答

  1. 它们可能看起来是相同的，但repr(C, u8)版本最终会比repr(u8)版本有更多的填充。考虑枚举的简化版本，仅包含B变体：

    enum WithFields {
    B(u8, u16),
}

    如repr(u8)：

    #[repr(C)]
union UnionWithTag {
    b: VariantB,
}

#[derive(Copy, Clone)]
#[repr(u8)]
pub enum Tag {
    B,
}

#[derive(Copy, Clone)]
#[repr(C)]
struct VariantB(Tag, u8, u16);

    并作为repr(C, u8)：

    #[repr(C)]
struct TaggedUnion {
    tag: Tag,
    payload: Union,
}

#[derive(Copy, Clone)]
#[repr(u8)]
pub enum Tag {
    B,
}

#[repr(C)]
pub union Union {
    b: PayloadB,
}

#[derive(Copy, Clone)]
#[repr(C)]
struct PayloadB(u8, u16);

    我们将自下而上地计算TaggedUnion和的总体大小UnionWithTag。

    • PayloadB需要在字段后有一个填充字节u8以正确对齐u16字段。
    • VariantB的字段全部组合在一起，没有填充（u8标签和u8字段完美对齐u16字段）
    • TaggedUnion是一个u8标签，后跟 (一个并集，仅包含) PayloadB，它具有对齐 2。这会在标签后面强制填充字节，以正确对齐它。总体而言，大小为 6，对齐为 2。总体为 2 个填充字节。
    • UnionWithTagis (a union, contains only) VariantB，其大小为 4，对齐为 2。不使用填充。

    这并不是对为什么布局不等价的真正探索，但它是它们确实不等价的有效的矛盾证明。

    • 2
  2. Best Answer

    在这两个示例中，VariantC/PayloadC的对齐方式为 4，而其余的Variant/Payload的对齐方式为 2。

    在TaggedUnion示例中，Union对齐方式为 4，这是其成员的最大对齐方式。因此，TaggedUnion在所有情况下，必须在 u8 标记和联合之间放置三个字节的填充，以满足 的最坏情况PayloadC。

    然而，Variants 具有更大的灵活性。VariantA的 u16 成员只需要对齐 2，因此它只需要在标记与其数据之间填充一个字节。VariantB可以紧密地打包其数据而无需任何填充。VariantC仍然需要 3 个字节的填充。不过，当它们被放置在 中时，额外的填充会回来Union，但它位于联合的末尾。

    因此，由于内部标记的Variants 知道它们将包含标签，因此它们可以将数据移近标签，但由于Payloads 可能作为标签外部的单独结构存在，因此它们需要自行对齐，从而使两种方法布局-不相容。

    • 1

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