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dragon
Asked: 2024-02-24 23:05:36 +0800 CST

Rust 中的 Result<T, E> 怎么这么快？

  • 772

如果您去年一直活跃在编程社区中，那么您肯定听到过对 Rust 执行速度和性能以及ResultRust 中出色类型的赞扬。

我可能应该提一下，我不是 Rust 开发人员。尽管如此，或者甚至可能正因为如此，我想知道如果 Rust 使用这个 Result 类型，它怎么会如此高效，因为就我而言，这个类型被实现为所谓的union在C . 它在联合中包含一个错误和一个返回值，其中在给定时间只有一个有效。该类型还包含一个标志，指示结果是否包含错误或值。

如果我计数正确，并且假设错误存储为指针或引用（例如，在 64 位系统上占用内存中的 8 个字节），则联合最少 8 个字节 + 标志一个字节，使得9字节内存。

现在，通过填充，我假设在大多数系统上，这将被重新对齐以占用 12 个字节。相比之下，返回 int(32) 仅分配 4 个字节。因此，使用 Result 分配的内存应该是使用 int 的三倍。

这不是极大地浪费内存吗？我想象在循环中运行它，这会增加很多。

我不太明白为什么有人会声称 Rust 性能超级好，而 Result 却占用了那么多内存？

我知道有一些优化技巧可以减少内存使用量，例如使用带有选项的 NotZeroInt 使编译器可以使用零作为标志，从而避免为标志提供额外的字节。但对于大多数类型来说这并不适用，不是吗？

如果有人有进一步的见解，我很想听听。请注意，我不是 Rust 开发人员，出于好奇而提出这个问题，正如我在尝试移植此功能的库中观察到的那样，内存使用量急剧增加。

当然，RustResult<T, E>和Option<T>类型比某些移植库进行了更好的优化，但我无法想象这如何不会影响程序性能。

performance

2 个回答

  1. Best Answer

    您似乎熟悉返回整数以报告退出状态的 API：零表示成功，非零表示失败。用惯用的 Rust 表达相同内容的 API 将实现相同或更好的性能1，同时更加类型安全。

    第一步是使用Result将值分类为成功或失败。由于在成功的情况下我们不需要返回任何额外的内容，因此我们使用()：

    Result<(), i32>

    这样，它确实比简单的使用更多的空间i32，因为至少需要一位信息来传达成功。尽管为了解决您的误解之一，但错误值没有指针间接寻址；它是在线存储的。因此，这将是 4 个字节用于i32判别式 + 1 个字节用于判别 + 3 个字节的填充以实现 4 字节对齐 = 8 个字节。

    正如您所提到的，使用NonZeroI32是一个选项：

    Result<(), NonZeroI32>

    无论如何，这可能会更清楚（Err(0)如果您习惯于用零表示成功，则接收可能会令人困惑）并提供Result一位额外的信息，这样大小现在总共只有 4 个字节，因为编译器可以使用全零位- 用于NonZeroI32表示成功的模式。

    然而，这仍然不是真正惯用的 Rust，因为它NonZeroI32并不是特别精致。通常，您会将错误类型定义为错误情况的枚举：

    enum MySimpleError {
    FailureA,
    FailureB,
    FailureC,
}

    Result<(), MySimpleError>

    现在，它更具表现力，因为它现在以值可以存在的类型进行编码，并且甚至更小，因为它的MyError变体少于 256 个，因此可以将其编码为带有位模式的单个字节以备用，这样整体Result就是一个单字节。

    1. 小于机器字大小的值不太可能真正提高性能 - 如果可以与其他小值一起存储，则只能通过潜在地减少内存压力来提高性能。

    另一种常见模式：有时错误类型可能会变得非常大（试图提供尽可能多的有用信息），但并不常见 - 或者至少不应该如此。在这种情况下，您可能希望为错误类型引入间接 viaBox以减少堆栈大小。

    Result<(), Box<MyComplexError>>

    这将是机器字大小，因为Box保证不为空，因此全零位模式可以用于成功情况，就像 一样NonZeroI32。

    您可能会发现图书馆可能已经在内部这样做了。例如，Error来自 serde-json 的内容如下所示：

    /// This type represents all possible errors that can occur when serializing or
/// deserializing JSON data.
pub struct Error {
    /// This `Box` allows us to keep the size of `Error` as small as possible. A
    /// larger `Error` type was substantially slower due to all the functions
    /// that pass around `Result<T, Error>`.
    err: Box<ErrorImpl>,
}

    Result<(), serde_json::Error> // does not use any extra space

    当然，在很多情况下，必须为判别式使用额外的空间 - 无论是由于成功类型、错误类型或两者兼而有之 - 但这只是表达您希望返回的数据的必要条件。即使需要额外的机器字，以这种方式处理错误通常比发生错误时抛出异常的成本更有效。

    • 5

  2. Rust 在如何分配枚举判别式方面比 C 的标记联合更加智能和优化，因为无法直接访问它们。此外，Rust 将泛型作为本机功能，这意味着 Result<T, E> 布局是单独定义的，并针对所使用的 T 和 E 的每个组合进行了优化。

    由于泛型，无需使用引用，值直接包含在结果枚举的联合内。这意味着在大多数情况下，如果错误是错误代码，则最小错误 + 标志为 2 个字节。（一个用于错误判别式，另一个用于标志判别式）。

    但是，您还需要能够返回一个值，该值是正常情况。该值通常有填充并且大于错误值。如果是这种情况，Rust 编译器能够对结果的鉴别器使用填充，从而产生一个与其最大值大小相同的标记枚举。这可以有效地释放 Result 对象的内存使用量。

    • 1

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