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11. 序列化、零拷贝与二进制数据 🟡

你将学到：

• serde 基础：派生宏、属性与枚举表示形式。
• 用于高性能场景的零拷贝（Zero-copy）反序列化。
• serde 格式生态系统（JSON、bincode 等）。
• 使用 repr(C)、zerocopy 和 bytes 处理二进制数据。

serde 基础知识

serde 将 数据模型（Data Model）（即你的结构体）与 数据格式（Format）（如 JSON、二进制）分离开来。

#![allow(unused)]
fn main() {
#[derive(Serialize, Deserialize)]
struct Config {
    name: String,
    #[serde(default)]
    port: u16,
    #[serde(rename = "max_conn")]
    max_connections: usize,
}
}

枚举表示形式

• 外部标记（默认）：{"Variant": { "field": "value" }}
• 内部标记：{"type": "Variant", "field": "value"} (通过 #[serde(tag = "type")])
• 相邻标记：{"t": "Variant", "c": { ... }} (通过 #[serde(tag = "t", content = "c")])
• 无标记：{ "field": "value" } (通过 #[serde(untagged)])

零拷贝（Zero-Copy）反序列化

通过直接从输入缓冲区借用字符串来避免内存分配，从而实现高性能。

#![allow(unused)]
fn main() {
#[derive(Deserialize)]
struct Record<'a> {
    name: &'a str, // 直接从输入缓冲区借用
    id: u64,
}

let input = r#"{"name": "cpu", "id": 1}"#;
let r: Record = serde_json::from_str(input).unwrap();
}

要求：输入缓冲区的生命周期必须超过反序列化出的结构体。

二进制数据与固定布局

对于硬件协议或文件格式，使用 repr(C) 来保证字段顺序与声明一致。

#![allow(unused)]
fn main() {
#[repr(C)]
struct Header {
    magic: u32,
    version: u16,
    flags: u16,
}
}

使用 zerocopy 进行安全零拷贝

使用 zerocopy 或 bytemuck 在不使用 unsafe 的情况下，安全地将原始字节转换为结构体引用。

#![allow(unused)]
fn main() {
#[derive(FromBytes, IntoBytes, Immutable)]
#[repr(C)]
struct Reading { id: u16, val: u32 }

let r = Reading::ref_from_bytes(raw_bytes)?;
}

bytes::Bytes

bytes crate 提供了引用计数的字节缓冲区。克隆一个 Bytes 对象的开销是 O(1)，且不会拷贝底层数据。

#![allow(unused)]
fn main() {
let data = Bytes::from(vec![0; 1024]);
let sub = data.slice(0..10); // 零拷贝子切片
}