Каковы накладные расходы типа Option в Rust?

В Rust ссылки никогда не могут быть нулевыми, поэтому, если вам действительно нужен ноль, например связанный список, вы используете Optionтип:

struct Element {
    value: i32,
    next: Option<Box<Element>>,
}

Сколько накладных расходов связано с выделением памяти и действиями по разыменованию по сравнению с простым указателем? Есть ли какая-то «магия» в компиляторе / среде выполнения, позволяющая сделать это Optionбесплатно или менее затратно, чем если бы можно было реализовать Optionсамостоятельно в неосновной библиотеке с использованием той же enumконструкции или путем обертывания указателя в векторе?

Да, есть некоторая магия компилятора, которая оптимизируется Option<ptr>до одного указателя (большую часть времени).

use std::mem::size_of;

macro_rules! show_size {
    (header) => (
        println!("{:<22} {:>4}    {}", "Type", "T", "Option<T>");
    );
    ($t:ty) => (
        println!("{:<22} {:4} {:4}", stringify!($t), size_of::<$t>(), size_of::<Option<$t>>())
    )
}

fn main() {
    show_size!(header);
    show_size!(i32);
    show_size!(&i32);
    show_size!(Box<i32>);
    show_size!(&[i32]);
    show_size!(Vec<i32>);
    show_size!(Result<(), Box<i32>>);
}

Распечатываются следующие размеры (на 64-битной машине, поэтому указатели составляют 8 байт):

// As of Rust 1.22.1
Type                      T    Option<T>
i32                       4    8
&i32                      8    8
Box<i32>                  8    8
&[i32]                   16   16
Vec<i32>                 24   24
Result<(), Box<i32>>      8   16

Обратите внимание , что &i32, Box, &[i32], Vec<i32>любое использование не-обнуляемым оптимизации указатель внутри Option!