RPF*_*ltz 3 c++ size optimization gcc vtable
我刚刚用g ++(4.7)检查了一个包含几十个虚方法的类的大小,因为我听说指针用于虚方法,我认为这将是一个糟糕的实现,因为它会占用80个字节的每个实例在我的系统上只有10个虚拟方法的类.
令我宽慰的是,sizeof(<insert typename here>)只返回了8个字节,即我系统上指针的大小.我认为这意味着它存储了一个指向vtable的指针,而不是每个方法,我只是误解了人们在说什么(或者大多数编译器都是愚蠢的).
然而,在我最终测试之前,我一直在努力使用虚拟方法作为我期望它们工作的方式的指针.我注意到地址实际上是一个相对非常低的数字,通常在100以下,与其他地址相比有8个字节的差异,所以我认为它是某种数组的索引.然后我开始思考如何自己实现vtable,并且不会使用指针,因为我的测试结果清楚地表明了.我很惊讶地发现它使用了整整8个字节(我通过插入一个char字段验证它是否只是填充,后者返回16个字节的sizeof).
相反,我会通过存储一个数组索引(例如4个字节,如果使用具有虚拟方法的65536或更少的类,甚至2个)来实现它,这将在包含指向vtable的指针的查找表中进行搜索,并查找就这样.那么为什么存储指针？出于性能原因,他们只是简单地重用了32位操作系统的代码(因为那里的内存大小没有差别)？
先感谢您.
编辑:
有人要我计算保存的实际内存,我决定编写一个代码示例.不幸的是,它变得非常大(他们要求我在两者中使用10个虚拟方法),但我测试了它,它确实有效.它来了:
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
/* For the singleton lovers in this community */
class VirtualTableManager
{
unsigned capacity, count;
void*** vtables;
public:
~VirtualTableManager() {
delete vtables;
}
static VirtualTableManager& getInstance() {
static VirtualTableManager instance;
return instance;
}
unsigned addElement(void** vtable) {
if (count == capacity)
{
vtables = (void***) realloc(vtables, (capacity += 0x2000) * sizeof(void**)); /* Reserves an extra 64KiB of pointers */
}
vtables[count] = vtable;
return count++;
}
void** getElement(unsigned index) {
return index < capacity ? vtables[index] : 0; /* Just in case: "Hey guys, let's misuse the API!" */
}
private:
VirtualTableManager() : capacity(0), count(0), vtables(0) { }
VirtualTableManager(const VirtualTableManager&);
void operator =(const VirtualTableManager&);
};
class Real
{
public:
short someField; /* This is required to show the difference, because of padding */
Real() : someField(0) { }
virtual ~Real() {
printf("Real::~Real()\n");
}
virtual void method0() {
printf("Real::method0()\n");
}
virtual void method1(short argument) {
someField = argument;
}
virtual short method2() {
return someField;
}
virtual void method3() { }
virtual void method4() { }
virtual void method5() { }
virtual void method6() { }
virtual void method7() { }
virtual void method8() { }
};
class Fake
{
static void** vtable;
static unsigned classVIndex; /* Don't know what to call it, please forgive me for the lame identifier */
public:
unsigned instanceVIndex;
short someField;
Fake() : instanceVIndex(classVIndex), someField(0) { }
~Fake() {
reinterpret_cast<void (*)(Fake*)>(VirtualTableManager::getInstance().getElement(instanceVIndex)[9])(this);
}
void method0() {
reinterpret_cast<void (*)(Fake*)>(VirtualTableManager::getInstance().getElement(instanceVIndex)[0])(this);
}
void method1(short argument) {
reinterpret_cast<void (*)(Fake*, short argument)>(VirtualTableManager::getInstance().getElement(instanceVIndex)[1])(this, argument);
}
short method2() {
return reinterpret_cast<short (*)(Fake*)>(VirtualTableManager::getInstance().getElement(instanceVIndex)[2])(this);
}
void method3() {
reinterpret_cast<void (*)(Fake*)>(VirtualTableManager::getInstance().getElement(instanceVIndex)[3])(this);
}
void method4() {
reinterpret_cast<void (*)(Fake*)>(VirtualTableManager::getInstance().getElement(instanceVIndex)[4])(this);
}
void method5() {
reinterpret_cast<void (*)(Fake*)>(VirtualTableManager::getInstance().getElement(instanceVIndex)[5])(this);
}
void method6() {
reinterpret_cast<void (*)(Fake*)>(VirtualTableManager::getInstance().getElement(instanceVIndex)[6])(this);
}
void method7() {
reinterpret_cast<void (*)(Fake*)>(VirtualTableManager::getInstance().getElement(instanceVIndex)[7])(this);
}
void method8() {
reinterpret_cast<void (*)(Fake*)>(VirtualTableManager::getInstance().getElement(instanceVIndex)[8])(this);
}
protected:
Fake(unsigned instanceVIndex, short someField)
: instanceVIndex(instanceVIndex), someField(someField) { }
/* The 'this' keyword is an automatically passed pointer, so I'll just manually pass it and identify it as 'self' (thank you, lua, I would have used something like 'vthis', which would be boring and probably incorrect) */
static void vmethod0(Fake* self) {
printf("Fake::vmethod0(%p)\n", self);
}
static void vmethod1(Fake* self, short argument) {
self->someField = argument;
}
static short vmethod2(Fake* self) {
return self->someField;
}
static void vmethod3(Fake* self) { }
static void vmethod4(Fake* self) { }
static void vmethod5(Fake* self) { }
static void vmethod6(Fake* self) { }
static void vmethod7(Fake* self) { }
static void vmethod8(Fake* self) { }
static void vdestructor(Fake* self) {
printf("Fake::vdestructor(%p)\n", self);
}
};
class DerivedFake : public Fake
{
static void** vtable;
static unsigned classVIndex;
public:
DerivedFake() : Fake(classVIndex, 0) { }
~DerivedFake() {
reinterpret_cast<void (*)(DerivedFake*)>(VirtualTableManager::getInstance().getElement(instanceVIndex)[1])(this);
}
void method0() {
reinterpret_cast<void (*)(DerivedFake*)>(VirtualTableManager::getInstance().getElement(instanceVIndex)[0])(this);
}
protected:
DerivedFake(unsigned instanceVIndex, short someField)
: Fake(instanceVIndex, someField) { }
static void vmethod0(DerivedFake* self) {
printf("DerivedFake::vmethod0(%p)\n", self);
}
static void vdestructor(DerivedFake* self) {
printf("DerivedFake::vdestructor(%p)\n", self);
Fake::vdestructor(self); /* call parent destructor */
}
};
/* Make the vtable */
void** Fake::vtable = (void*[]) {
(void*) &Fake::vmethod0, (void*) &Fake::vmethod1,
(void*) &Fake::vmethod2, (void*) &Fake::vmethod3,
(void*) &Fake::vmethod4, (void*) &Fake::vmethod5,
(void*) &Fake::vmethod6, (void*) &Fake::vmethod7,
(void*) &Fake::vmethod8, (void*) &Fake::vdestructor
};
/* Store the vtable and get the look-up index */
unsigned Fake::classVIndex = VirtualTableManager::getInstance().addElement(Fake::vtable);
/* Do the same for derived class */
void** DerivedFake::vtable = (void*[]) {
(void*) &DerivedFake::vmethod0, (void*) &Fake::vmethod1,
(void*) &Fake::vmethod2, (void*) &Fake::vmethod3,
(void*) &Fake::vmethod4, (void*) &Fake::vmethod5,
(void*) &Fake::vmethod6, (void*) &Fake::vmethod7,
(void*) &Fake::vmethod8, (void*) &DerivedFake::vdestructor
};
unsigned DerivedFake::classVIndex = VirtualTableManager::getInstance().addElement(DerivedFake::vtable);
int main_virtual(int argc, char** argv)
{
printf("size of 100 instances of Real including padding is %lu bytes\n"
"size of 100 instances of Fake including padding is %lu bytes\n",
sizeof(Real[100]), sizeof(Fake[100]));
Real *real = new Real;
Fake *fake = new Fake;
Fake *derived = new DerivedFake;
real->method1(123);
fake->method1(456);
derived->method1(789);
printf("real::method2() = %hi\n"
"fake::method2() = %hi\n"
"derived::method2() = %hi\n", real->method2(), fake->method2(), derived->method2());
real->method0();
fake->method0();
derived->method0();
delete real;
delete fake;
delete derived;
return 0;
}
不要害怕,我通常不把这个定义放在那样的类中.我只是在这里做了,希望提高可读性.无论如何,输出:
size of 100 instances of Real including padding is 1600 bytes
size of 100 instances of Fake including padding is 800 bytes
real::method2() = 123
fake::method2() = 456
derived::method2() = 789
Real::method0()
Fake::vmethod0(0x1bd8040)
DerivedFake::vmethod0(0x1bd8060)
Real::~Real()
Fake::vdestructor(0x1bd8040)
DerivedFake::vdestructor(0x1bd8060)
Fake::vdestructor(0x1bd8060)
它可能不是线程安全的,可能包含一些可怕的bug,也可能效率相对较低,但我希望它能证明我的概念.它在64位Ubuntu上用g ++ - 4.7进行了测试.我怀疑32位系统有什么尺寸优势,因为我保存不到一个字(4个字节,那么多!)我不得不在那里放一个字段来显示效果.尽管如此可以自由地对速度进行基准测试(如果你这样做,请先优化它,我会把它推到这里)或测试其他架构/平台和其他编译器的效果(我希望看到结果,所以如果你做的话请分享它们).当有人发现需要制作128/256位平台,创建一个内存支持非常有限但速度极快的处理器或者每个实例上使用类似21字节的编译器时,类似的东西可能会有用.
编辑:
哎呀,代码示例是derp.固定它.
基于数组的vtable的一个挑战是如何将几个已编译的源文件链接在一起.如果每个编译文件都存储了自己的表,那么链接器必须在生成最终二进制文件时将这些表组合在一起.这增加了链接器的复杂性,现在必须让它知道这个新的C++特定细节.
此外,您所描述的节省字节的技术对于使用多个编译单元来说是很棘手的.如果你有两个源文件,每个源文件足够少,每个vtable索引使用两个字节,但现在需要三个字节组合怎么办？在这种情况下,链接器必须根据新的对象大小重写目标文件.
此外,这个新系统与动态链接不能很好地交互.如果您有一个在运行时链接的单独目标文件,那么您将拥有两个或更多个vtable全局表.然后,生成的目标代码必须考虑到这一点,这会增加代码生成器的复杂性.
最后,存在对齐问题.如果字大小为8字节,则使用两个或四个字节作为索引,如果它偏移了对象的所有其他字段,则可能会降低程序性能.事实上,g ++完全有可能只使用四个字节,然后填充到八个字节.
简而言之,没有理由不能进行这种优化,但它具有显着的实现复杂性,并且(可能)以非常大的成本实现.那就是说,这是一个非常聪明的主意!
希望这可以帮助!