面试题：Rust中自定义类型与NaN的交互及优化

Question

假设你在Rust中定义了一个包含浮点数成员的自定义结构体，并且希望这个结构体在某些情况下能够像浮点数的NaN一样处理（例如用于表示无效状态）。请设计这个结构体，并实现相关的方法来模拟NaN的行为，同时说明在性能优化方面需要考虑哪些因素。

Answer 1

结构体定义及方法实现

#[derive(Debug, Clone, Copy)]
struct NaNishFloat {
    value: f64,
}

impl NaNishFloat {
    fn new_nan() -> Self {
        NaNishFloat { value: f64::NAN }
    }

    fn is_nan(&self) -> bool {
        self.value.is_nan()
    }

    fn set_nan(&mut self) {
        self.value = f64::NAN;
    }
}

性能优化考虑因素

1. 内存布局：由于浮点数本身在内存中的布局是固定的，自定义结构体只包含一个浮点数成员，其内存布局相对简单，不会引入额外复杂的对齐问题。但在与其他类型组合使用时，需注意整体的内存对齐以避免性能损失。
2. 方法调用开销：简单的方法如is_nan和set_nan是直接调用f64的对应方法，开销极小。但如果在性能敏感的循环中频繁调用，可考虑内联优化。现代Rust编译器通常会自动进行内联优化，但在极端性能场景下，可以手动使用#[inline(always)]标注这些方法以确保内联。
3. 缓存局部性：如果在处理大量NaNishFloat实例时，确保数据在内存中的连续性，以提高缓存命中率。例如，将多个NaNishFloat实例存储在Vec<NaNishFloat>中，避免频繁的内存分配和碎片化。