c – 本地实现的接口参考

2019年8月2日 68次阅读

请考虑以下代码：

struct A
{
    virtual ~A() {}
    virtual int go() = 0;
};

struct B : public A { int go() { return 1; } };

struct C : public B { int go() { return 2; } };

int main()
{
    B b;
    B &b_ref = b;

    return b_ref.go();
}

在GCC 4.4.1(使用-O2)下,对B :: go()的调用被内联(即,没有发生虚拟调度).这意味着编译器确认a_ref确实指向B类型变量. B引用可以用来指向C,但编译器足够聪明,可以预见到不是这种情况,所以它完全优化了函数调用,内联函数.

大！这是一个令人难以置信的优化.

但是,那么,为什么海湾合作委员会在下列情况下不做同样的事情呢？

struct A
{
    virtual ~A() {}
    virtual int go() = 0;
};

struct B : public A { int go() { return 1; } };

struct C : public B { int go() { return 2; } };

int main()
{
    B b;
    A &b_ref = b;

    return b_ref.go(); // B::go() is not inlined here, and a virtual dispatch is issued
}

有任何想法吗？那么其他编译器呢？这种优化常见吗？ (我对这种编译器的洞察力很新,所以我很好奇)

如果第二种情况有效,我可以创建一些非常棒的模板,比如：

template <typename T>
class static_ptr_container
{
public:
    typedef T st_ptr_value_type;

    operator T *() { return &value; }
    operator const T *() const { return &value; }

    T *operator ->() { return &value; }
    const T *operator ->() const { return &value; }

    T *get() { return &value; }
    const T *get() const { return &value; }

private:
    T value;
};

template <typename T>
class static_ptr
{
public:
    typedef static_ptr_container<T> container_type;
    typedef T st_ptr_value_type;

    static_ptr() : container(NULL) {}
    static_ptr(container_type *c) : container(c) {}

    inline operator st_ptr_value_type *() { return container->get(); }
    inline st_ptr_value_type *operator ->() { return container->get(); }

private:
    container_type *container;
};

template <typename T>
class static_ptr<static_ptr_container<T>>
{
public:
    typedef static_ptr_container<T> container_type;
    typedef typename container_type::st_ptr_value_type st_ptr_value_type;

    static_ptr() : container(NULL) {}
    static_ptr(container_type *c) : container(c) {}

    inline operator st_ptr_value_type *()  { return container->get(); }
    inline st_ptr_value_type *operator ->()  { return container->get(); }

private:
    container_type *container;
};

template <typename T>
class static_ptr<const T>
{
public:
    typedef const static_ptr_container<T> container_type;
    typedef const T st_ptr_value_type;

    static_ptr() : container(NULL) {}
    static_ptr(container_type *c) : container(c) {}

    inline operator st_ptr_value_type *() { return container->get(); }
    inline st_ptr_value_type *operator ->() { return container->get(); }

private:
    container_type *container;
};

template <typename T>
class static_ptr<const static_ptr_container<T>>
{
public:
    typedef const static_ptr_container<T> container_type;
    typedef typename container_type::st_ptr_value_type st_ptr_value_type;

    static_ptr() : container(NULL) {}
    static_ptr(container_type *c) : container(c) {}

    inline operator st_ptr_value_type *() { return container->get(); }
    inline st_ptr_value_type *operator ->() { return container->get(); }

private:
    container_type *container;
};

在许多情况下,这些模板可用于避免虚拟调度：

// without static_ptr<>
void func(B &ref);

int main()
{
    B b;
    func(b); // since func() can't be inlined, there is no telling I'm not
             // gonna pass it a reference to a derivation of `B`

    return 0;
}

// with static_ptr<>
void func(static_ptr<B> ref);

int main()
{
    static_ptr_container<B> b;
    func(b); // here, func() could inline operator->() from static_ptr<> and
             // static_ptr_container<> and be dead-sure it's dealing with an object
             // `B`; in cases func() is really *only* meant for `B`, static_ptr<>
             // serves both as a compile-time restriction for that type (great!)
             // AND as a big runtime optimization if func() uses `B`'s
             // virtual methods a lot -- and even gets to explore inlining
             // when possible

    return 0;
}

实现这一点是否切合实际？ (并且不要继续说它是微优化,因为它可能是一个巨大的优化..)

– 编辑

我刚刚注意到static_ptr<>的问题与我暴露的问题无关.保留指针类型,但它仍然不是内联的.我猜GCC只是不需要找到static_ptr_container<> :: value不是引用也不是指针.对于那个很抱歉.但问题仍然没有答案.

– 编辑

我已经找到了一个版本的static_ptr<>这确实有效.我改名了一下,还：

template <typename T>
struct static_type_container
{
    // uncomment this constructor if you can't use C++0x
    template <typename ... CtorArgs>
    static_type_container(CtorArgs ... args)
            : value(std::forward<CtorArgs>(args)...) {}

    T value; // yes, it's that stupid.
};

struct A
{
    virtual ~A() {}
    virtual int go() = 0;
};

struct B : public A { int go() { return 1; } };

inline int func(static_type_container<Derived> *ptr)
{
    return ptr->value.go(); // B::go() gets inlined here, since
                            // static_type_container<Derived>::value
                            // is known to be always of type Derived
}

int main()
{
    static_type_container<Derived> d;
    return func(&d); // func() also gets inlined, resulting in main()
                     // that simply returns 1, as if it was a constant
}

唯一的缺点是用户必须访问ptr->值才能获得实际对象.重载运算符 – >()在GCC中不起作用.任何返回对实际对象的引用的方法,如果它是内联的,都会破坏优化.太遗憾了..

最佳答案 这不是一个明确的答案,但我想我可能会发布它,因为它可能对某些人有用.

评论者Julio Guerra指出了一个C语言(他们在文章中将其称为“范式”,但我认为这有点太多了)称为静态C面向对象编程(SCOOP).我将发布此内容以使SCOOP更具可见性.

SCOOP的发明是为了让C程序员通过在C语言中很好地发挥作用来充分利用OOP和GP世界.它主要针对科学编程,因为它可以带来性能提升,因为它可以用来提高代码表现力.

SCOOP使C泛型类似于静态地模拟传统的面向对象编程的所有方面.这意味着模板方法具有特征,例如,能够正确地重载并且(显然)发出比通常由临时模板函数引起的更正确的错误消息.

它也可以用来做一些有趣的技巧,比如条件继承.

我试图用static_ptr<>完成的工作恰好是一种静态面向对象. SCOOP将其提升到一个全新的水平.

对于那些感兴趣的人,我发现有两篇论文在谈论这个：A Static C++ Object-Oriented Programming (SCOOP) Paradigm Mixing Benefits of Traditional OOP and Generic Programming和Semantics-Driven Genericity: A Sequel to the Static C++ Object-Oriented Programming Paradigm (SCOOP 2).

这个成语并非没有自己的缺点：它是那些不常见的事情之一,应该是你最后的手段,因为人们很可能很难搞清楚你做了什么,等等.你的代码也会变得更加冗长,你就是可能会发现自己无法做你认为可能的事情.

我确信它在某些情况下仍然有用,更不用说真正有趣了.

快乐模板黑客.

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