#2.7. niche 최적화

niche 란 어떤 타입의 유효 비트 패턴 중 절대 등장하지 않는 비트 패턴을 말합니다. 합 타입의 태그를 이러한 비트 패턴에 겹쳐 저장하면 태그 자리를 따로 둘 필요가 없어지며, 그 결과 메모리 오버헤드가 0 인 합 타입이 만들어집니다.

이 최적화는 합 타입 의 메모리 표현이 컴파일러의 자유라는 사실 위에서 작동합니다.

#2.7.1. 동기

let p: Ptr<u8> | none      // 64-bit 포인터 + none

위 타입은 16 바이트 (포인터 8 + 태그 1 + 패딩 7) 가 아니라 8 바이트로 표현될 수 있어야 합니다. 그 이유는 포인터의 null 비트 패턴 (0x0000_0000_0000_0000) 이 유효한 포인터에서는 등장하지 않으므로, 그 자리를 none 의 자리로 활용할 수 있기 때문입니다.

이러한 절약은 과학·데이터 코드의 핵심 메모리 효율로 이어집니다 (Julia 의 isbits union 에서 영감을 얻었습니다).

#2.7.2. 자동 niche

none 의 비트는 구현이 정합니다. 항 하나와 none 만으로 된 합 T | none 은 T 에 niche 가 있으면 T 의 크기이며, none 은 그 niche 값으로 표현됩니다. 0 으로 채운 저장소는 none 으로 읽힙니다.

• payload 에 GC 참조를 담는 enum 은 niche 가 없습니다.
• niche 값이 0 이면 (null 포인터, extern "C" fn, NonZero) 항의 비트는 그대로이므로, 그런 T | none 은 C ABI 를 그대로 nullable 값으로 건넙니다 (5.9.4).
• none 말고 항이 둘 이상인 합은 태그를 둡니다.

Ptr<u8> | none           // 8 바이트, null 이 none
bool | none              // 1 바이트

#2.7.3. 자동 없음

정수 (i8 .. i64, u8 .. u64, usize, isize) 와 부동소수 (f32, f64) 는 모든 비트 패턴이 유효하므로 niche 가 없습니다. niche 가 필요하면 wrapper (2.7.6) 나 #[niche] (2.7.4) 를 씁니다.

#2.7.4. opt-in niche: #[niche(..)]

niche_attr ::= "#" "[" "niche" "(" niche_arg ("," niche_arg)* ","? ")" "]"
niche_arg  ::= int_lit | "-" int_lit | const_path | range
range      ::= niche_val "..=" niche_val | ".." niche_val | niche_val ".."
const_path ::= "MIN" | "MAX" | "NAN" | "INFINITY" | "NEG_INFINITY" | type "::" const_name

#[niche(0)]
struct UserId(u64);

#[niche(i32::MIN..=-1)]
struct NonNegative(i32);

#[niche(NAN, INFINITY, NEG_INFINITY)]
struct Real { value: f64; }

• 인자는 정수, MIN / MAX (T::MIN), NAN / INFINITY / NEG_INFINITY (F::NAN), 범위 a..=b / ..b / a.., 그리고 그 여럿입니다. 인스턴스화된 필드 타입에 대해 읽습니다.
• 적힌 값은 그 타입의 유효한 값이 아니라는 약속입니다. 컴파일러는 이를 검사하지 않으며, 그 값이 나타나면 합 타입의 판별이 틀어집니다.

#2.7.5. 부착 가능한 위치

#[niche(..)] 는 필드가 하나인 struct (tuple newtype 또는 이름 있는 필드 하나) 에 붙입니다. enum, union, 필드가 여럿인 struct 에 붙이면 에러입니다.

#2.7.6. 표준 라이브러리 wrapper

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