可选的数据布局

Rust 允许你指定不同于默认的数据布局策略，并为你提供了不安全代码指南。

repr(C)

这是最重要的 repr。它的意图非常简单：按照 C 的方式处理数据。字段的顺序、大小和对齐方式完全符合你对 C 或 C++ 的预期。该类型在 extern "C" 函数调用边界中的传递方式，也正如 C 传递相应类型时的方式一样。任何你期望通过 FFI 边界传递的类型都应该使用 repr(C)，因为 C 是编程世界的通用语言。这样做对于安全地进行更复杂的数据布局技巧（例如将值重新解释为另一种类型）也是必要的。

我们强烈建议使用rust-bindgen和/或cbindgen来为你管理 FFI 的边界。Rust 团队与这些项目紧密合作，以确保它们能够稳健地工作，并与当前和未来关于类型布局和 reprs 的保证兼容。

必须记住repr(C)与 Rust 更奇特的数据布局功能的互动。由于它具有“用于 FFI”和“用于布局控制”的双重目的，repr(C)可以应用于那些如果通过 FFI 边界就会变得无意义或有问题的类型：

ZST 仍然是零大小，尽管这不是 C 语言的标准行为，而且明确违背了 C++ 中空类型的行为，即它们仍然应该消耗一个字节的空间
DST 指针（宽指针）和 tuple 在 C 语言中没有对应的概念，因此从来不是 FFI 安全的
带有字段的枚举在 C 或 C++ 中也没有对应的概念，但是类型的有效桥接是被定义的
如果T是一个FFI 安全的非空指针类型，Option<T>被保证具有与T相同的布局和 ABI，因此也是 FFI 安全的。截至目前，这包括&、&mut和函数指针，所有这些都不能为空。
就repr(C)而言，元组结构和结构一样，因为与结构的唯一区别是字段没有命名。
repr(C)相当于无字段枚举的repr(u*)之一（见下一节）。选择的大小和符号类型是目标平台的 C 应用二进制接口（ABI）的默认枚举大小与符号类型。请注意，C 语言中的枚举表示法是实现定义的，所以这实际上是一个“最佳猜测”。特别是，当对应的 C 代码在编译时带有某些标志时，这可能是不正确的。
带有repr(C)或repr(u*)的无字段枚举仍然不能在没有相应变量的情况下设置为整数值，尽管这在 C 或 C++ 中是允许的行为。如果（不安全地）构造一个枚举的实例，但不与它的一个变体相匹配，这是未定义的行为(这使得详尽的匹配可以继续被编写和编译为正常行为)。

repr(transparent)

#[repr(transparent)]只能用于只有单个非零大小字段（可能还有其他零大小字段）的结构或者单变体 enum 中。其效果是，整个结构的布局和 ABI 被保证与该字段相同。

注意：有一个叫做transparent_unions的 nightly 的特性，可以让你对 union 指定repr(transparent)。不过由于设计上的一些顾虑，这个特性目前还未稳定，参考issue-60405。

我们的目标是使单一字段和结构/枚举之间的转换成为可能。一个例子是UnsafeCell，它可以被转换为它所包装的类型。（UnsafeCell也用了一个不稳定的特性no_niche，所以当它嵌套其它类型的时候，它的 ABI 也并没有一个稳定的保证。）

另外，当我们通过 FFI 传递结构/枚举，并且其中内部字段类型是另一端所需的类型时，我们能保证这是正确的。特别是，这对于struct Foo(f32)或者enum Foo { Bar(f32) }总是具有与f32相同的 ABI 是必要的。

只有在唯一的字段为pub或其内存布局在文档中所承诺的情况下，该 repr 才被视为一个类型的公共 ABI 的一部分。否则，该内存布局不应被其他 crate 所依赖。

更多细节可以参考RFC 1758和RFC 2645。

repr(u), repr(i)

这些指定了使无字段枚举的大小和符号类型。如果判别符超过了它可以容纳的整数，就会产生一个编译时错误。你可以通过将溢出的元素明确设置为 0 来手动要求 Rust 允许这样做。

“无字段枚举”这一术语仅仅意味着该枚举的各个变体中不包含任何数据。没有使用 repr 的无字段枚举仍然是 Rust 的本地类型，其布局和表示并不稳定。添加 repr(u*) 或 repr(i*) 会使它在布局时完全被视作指定的整数类型（不过编译器仍会利用它对该类型中“无效”值的认识来优化枚举布局，比如当这个枚举被包裹在 Option 中时）。请注意，对于这些类型，函数调用的 ABI 通常仍未明确指定，除非在 extern "C" 调用中，它们与具有相同符号和大小的 C 枚举 ABI 兼容。

如果枚举有字段，其效果类似于repr(C)的效果，因为该类型有一个定义的布局。这使得将枚举传递给 C 代码或者访问该类型的原始表示并直接操作其标记和字段成为可能，详见RFC。

这些“repr”对结构（struct）没有作用。

在含有字段的枚举中加入明确的repr(u*)、repr(i*)或repr(C)可以抑制空指针优化，比如：

#![allow(unused)]
fn main() {
use std::mem::size_of;
enum MyOption<T> {
    Some(T),
    None,
}

#[repr(u8)]
enum MyReprOption<T> {
    Some(T),
    None,
}

assert_eq!(8, size_of::<MyOption<&u16>>());
assert_eq!(16, size_of::<MyReprOption<&u16>>());
}

空指针优化针对无字段且拥有repr(u*)、repr(i*)或repr(C)的枚举仍然生效。

repr(packed), repr(packed(n))

repr(packed(n))（其中 n 是 2 的幂）强制该类型的对齐要求最多为 n。最常见的用法是不显式指定 n，此时 repr(packed) 等同于 repr(packed(1))，它迫使 Rust 去除所有填充，仅将该类型对齐到一个字节。这可能会改善内存占用，但很可能带来其他负面副作用。

特别是，大多数体系结构强烈偏好数据自然对齐。这可能意味着未对齐的加载会受到惩罚（例如在 x86 架构上），甚至可能导致异常（某些 ARM 芯片）。对于直接加载或存储打包字段这类简单情况，编译器可能能够通过位移和掩码来掩盖对齐问题；然而，如果你对一个打包字段取引用，编译器很可能无法生成避免未对齐加载的代码。

由于这可能导致未定义行为，相关的 lint 已经被实现，并且将成为一个硬错误。

repr(packed)/repr(packed(n)) 不应轻易使用。除非你有极端的需求，否则不应采用这种方式。

这种 repr 是对 repr(C) 和 repr(Rust) 的一种修饰。如果你希望一个类型是 FFI 兼容的，那么你通常需要显式指定为：repr(C, packed)。

repr(align(n))

repr(align(n))(其中n是 2 的幂)强制类型至少按照n对齐。

这可以实现一些技巧，比如确保数组中的相邻元素不会彼此共享同一个缓存行（这可能会加快某些类型的并发代码）。

这是repr(C)和repr(Rust)的一个修改版本，它与repr(packed)不兼容。

Rust 秘典（死灵书）