3、Rust类型系统深入解析

Rust类型系统深入解析

1. 类型在内存中的表示

在Rust中，每个值都有其对应的类型。类型的一个重要作用是告诉我们如何解释内存中的二进制位。例如，二进制序列 0b10111101 （十六进制表示为 0xBD ），在不同类型下有不同的含义：在 u8 类型下，它表示数字189；在 i8 类型下，它表示 -67。当我们定义自己的类型时，编译器会决定该类型在内存中的布局，包括结构体每个字段的位置以及枚举的判别式存储位置。这些细节对代码的正确性和性能都有影响。

1.1 对齐

在确定类型的内存表示之前，需要了解对齐的概念。对齐规定了类型的字节可以存储的位置。虽然理论上可以将任意内存位置的字节解释为某个类型，但实际上硬件会限制类型的放置位置。例如，指针指向字节而非位，如果一个类型的值从计算机内存的第4位开始，就无法引用其位置，因为指针只能指向字节边界。所以，所有值都必须至少按字节对齐，即放置在地址是8位倍数的位置。

有些值的对齐规则更为严格。在CPU和内存系统中，内存通常以大于单个字节的块进行访问。例如，在64位CPU上，大多数值以8字节（64位）的块进行访问，每个操作从8字节对齐的地址开始，这就是CPU的字长。CPU会采用一些技巧来处理读取和写入较小的值或跨越这些块边界的值。

如果尝试读取一个从8字节块中间开始的 i64 （即指向它的指针不是8字节对齐的），硬件需要进行两次读取，然后将结果拼接起来，这效率较低。而且，如果读取的内存同时被另一个线程写入，可能会得到奇怪的结果，导致值损坏。这种对未对齐