rust - 装箱类型时是否有最佳实践？

Question

在 C# 中，有结构和类。结构通常(即有异常(exception))分配在堆栈上，而类总是分配在堆上。因此，类实例对 GC 施加压力，被认为比结构“慢”。微软有 a best practice guide何时在类上使用结构。这表示在以下情况下考虑结构:

• It logically represents a single value, similar to primitive types (int, double, etc.).
• It has an instance size under 16 bytes.
• It is immutable.
• It will not have to be boxed frequently.

在 C# 中，使用大于 16 字节的结构实例通常被认为比垃圾收集类实例(动态分配)的性能更差。

就速度而言，盒装实例(堆分配)何时比非盒装等效实例(堆栈分配)表现更好？关于何时应该动态分配(在堆上)而不是坚持默认的堆栈分配，是否有任何最佳实践？

Answer 1

TL;DR:从无拳击开始，然后是侧写。

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堆栈分配与盒装分配

这可能更明确:

• 坚持堆栈，
• 除非值(value)大到足以将其炸毁。

虽然在语义上编写fn foo() -> Bar 意味着将Bar 从被调用者框架移动到调用者框架，但实际上您是更有可能以等效于 fn foo(__result: mut * Bar) 签名的方式结束，其中调用者在其堆栈上分配空间并将指针传递给被调用者。

这可能并不总是足以避免复制，因为某些模式可能会阻止直接写入返回槽:

fn defeat_copy_elision() -> WithDrop {
    let one = side_effectful();
    if side_effectful_too() {
        one
    } else {
        side_effects_hurt()
    }
}

这里，没有魔法:

• 如果编译器将返回槽用于one，那么如果分支评估为false，它必须将one移出然后实例化把新的WithDrop放进去，最后销毁一个，
• 如果编译器在当前堆栈上实例化one，并且必须返回它，那么它必须执行复制。

如果类型不需要Drop，就没有问题。

尽管存在这些奇怪的情况，但我建议尽可能坚持使用堆栈，除非分析显示有利于装箱的地方。

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内联成员(member)或盒装成员(member)

这种情况要复杂得多:

• struct/enum 的大小受到影响，因此 CPU 缓存行为受到影响:

  • 不太常用的大变体很适合装箱(或装箱的一部分)，
  • 访问频率较低的大成员很适合进行装箱。

• 同时还有装箱的成本:

  • 它与Copy 类型不兼容，并且隐式实现了Drop(如上所示，它禁用了一些优化)，
  • 分配/释放内存具有无限延迟¹,
  • 访问盒装内存会引入数据依赖性:在知道地址之前，您无法知道要请求哪个缓存行。

因此，这是一个非常好的平衡行为。对成员进行装箱或拆箱可能会提高代码库某些部分的性能，同时降低其他部分的性能。

绝对没有放之四海而皆准的办法。

因此，我再一次建议避免装箱，直到分析揭示一个对装箱有益的地方。

¹ 考虑在 Linux 上，进程中没有空闲内存的任何内存分配都可能需要系统调用，如果操作系统中没有空闲内存，系统调用可能会触发OOM killer 杀死一个进程，此时它的内存被回收并可用。一个简单的 malloc(1) 可能很容易需要 毫秒。