空数据成员优化:是否可能？

Question

在C++中,大多数优化都是从as-if规则派生的.也就是说,只要程序表现得如果没有进行优化,那么它们就是有效的.

空基优化就是这样一个技巧:在某些情况下,如果基类为空(没有任何非静态数据成员),则编译器可能会忽略其内存表示.

显然,似乎标准禁止对数据成员进行优化,即使数据成员为空,它仍然必须至少占用一个字节的位置:来自n3225,[class]

4 - 类类型的完整对象和成员子对象应具有非零大小.

注意:这导致在Policy Design中使用私有继承,以便在适当的时候启动EBO

我想知道,使用as-if规则,是否仍然可以执行此优化.

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编辑:遵循一些答案和评论,并使我更清楚我想知道的.

首先,让我举一个例子:

struct Empty {};

struct Foo { Empty e; int i; };

我的问题是,为什么sizeof(Foo) != sizeof(int)？特别是,除非你指定一些打包,否则很可能是因为对齐问题Foo将是int的两倍,这似乎是荒谬的夸大其词.

注意:我的问题不是原因sizeof(Foo) != 0,EBO实际上也不需要这样做

根据C++,这是因为没有子对象可能具有零大小.但是,基础被授权为零大小(EBO)因此:

struct Bar: Empty { int i; };

很可能(感谢EBO)服从sizeof(Bar) == sizeof(int).

Steve Jessop似乎认为没有两个子对象具有相同的地址.我考虑过它,但在大多数情况下它实际上并没有阻止优化:

如果你有"未使用"的内存,那么它是微不足道的:

struct UnusedPadding { Empty e; Empty f; double d; int i; };
// chances are that the layout will leave some memory after int

但事实上,它甚至比那更"糟糕",因为Empty空间永远不会被写入(如果EBO开始......你最好不要这样做),因此你实际上可以把它放在一个不是另一个地址的占用地方宾语:

struct Virtual { virtual ~Virtual() {} Empty e; Empty f; int i; };
// most compilers will reserve some space for a virtual pointer!

或者,即使在我们原来的情况下:

struct Foo { Empty e; int i; }; // deja vu!

(char*)foo.e == (char*)foo.i + 1如果我们想要的只是不同的地址,那就可能有.

Answer 1

它即将使用该[[no_unique_address]]属性进入 c++20 。

提案P0840r2已被纳入标准草案。它有这个例子：

template<typename Key, typename Value, typename Hash, typename Pred, typename Allocator>
class hash_map {
  [[no_unique_address]] Hash hasher;
  [[no_unique_address]] Pred pred;
  [[no_unique_address]] Allocator alloc;
  Bucket *buckets;
  // ...
public:
  // ...
};

Answer 2

在as-if规则下:

struct A {
    EmptyThing x;
    int y;
};

A a;
assert((void*)&(a.x) != (void*)&(a.y));

不得触发断言.因此x,当你只需要在结构中添加填充时,我没有看到秘密制作大小为0的任何好处.

我认为理论上编译器可以跟踪是否可以将指针带到成员,并且只有在它们肯定不是时才进行优化.这将是有限的用途,因为有两个不同版本的结构具有不同的布局:一个用于优化的情况,一个用于通用代码.

但是,例如,如果您在堆栈上创建A的实例,并使用完全内联(或优化器可见)的内容执行某些操作,是的,可以完全省略结构的某些部分.这不是特定于空对象的 - 空对象只是对象的特殊情况,其存储不被访问,因此在某些情况下根本不会被分配.