我最近发布了一个有关由于C++中的虚拟性而导致的内存开销的问题。答案使我了解了vtable和vptr的工作原理。
我的问题如下:我在 super 计算机上工作，我有数十亿个对象，因此，由于虚拟性，我必须关心内存开销。经过一些措施，当我将类与虚函数一起使用时，每个派生对象都有其8字节的vptr。这一点一点都不能忽略。
我不知道英特尔icpc或g++是否具有某些配置/选项/参数，以使用精度可调的“全局” vtable和索引而不是vptr。因为这样可以让我为2亿个对象使用2字节的索引(无符号short int)而不是8字节的vptr(这样可以大大减少内存开销)。有没有办法用编译选项来做到这一点(或类似的东西)？
非常感谢你。
最佳答案
不幸的是...不是自动的。
但是请记住，v表只是运行时多态性的语法糖。如果您愿意重新设计代码，则有几种选择。
1)外部多态性
这个想法是有时您只需要以瞬时方式进行多态。也就是说，例如:
std::vector<Cat> cats;
std::vector<Dog> dogs;
std::vector<Ostrich> ostriches;
void dosomething(Animal const& a);
在这种情况下，将
Cat或Dog嵌入虚拟指针似乎很浪费，因为知道是动态类型(它们是按值存储的)。外部多态性是关于具有纯具体类型和纯接口(interface)的，以及在中间有一个简单的桥来临时(或永久地，但在这里不是您想要的)使具体类型适应接口(interface)。
// Interface
class Animal {
public:
virtual ~Animal() {}
virtual size_t age() const = 0;
virtual size_t weight() const = 0;
virtual void eat(Food const&) = 0;
virtual void sleep() = 0;
private:
Animal(Animal const&) = delete;
Animal& operator=(Animal const&) = delete;
};
// Concrete class
class Cat {
public:
size_t age() const;
size_t weight() const;
void eat(Food const&);
void sleep(Duration);
};
该桥是一劳永逸的:
template <typename T>
class AnimalT: public Animal {
public:
AnimalT(T& r): _ref(r) {}
virtual size_t age() const override { return _ref.age(); }
virtual size_t weight() const { return _ref.weight(); }
virtual void eat(Food const& f) override { _ref.eat(f); }
virtual void sleep(Duration const d) override { _ref.sleep(d); }
private:
T& _ref;
};
template <typename T>
AnimalT<T> iface_animal(T& r) { return AnimalT<T>(r); }
您可以这样使用它:
for (auto const& c: cats) { dosomething(iface_animal(c)); }
每个项目会产生两个指针的开销，但前提是您需要多态性。
一种替代方法是让
AnimalT<T>也可以使用值(而不是引用)，并提供clone方法，该方法允许您根据情况完全选择使用v指针。在这种情况下，我建议使用一个简单的类:
template <typename T> struct ref { ref(T& t): _ref(t); T& _ref; };
template <typename T>
T& deref(T& r) { return r; }
template <typename T>
T& deref(ref<T> const& r) { return r._ref; }
然后修改一下网桥:
template <typename T>
class AnimalT: public Animal {
public:
AnimalT(T r): _r(r) {}
std::unique_ptr< Animal<T> > clone() const { return { new Animal<T>(_r); } }
virtual size_t age() const override { return deref(_r).age(); }
virtual size_t weight() const { return deref(_r).weight(); }
virtual void eat(Food const& f) override { deref(_r).eat(f); }
virtual void sleep(Duration const d) override { deref(_r).sleep(d); }
private:
T _r;
};
template <typename T>
AnimalT<T> iface_animal(T r) { return AnimalT<T>(r); }
template <typename T>
AnimalT<ref<T>> iface_animal_ref(T& r) { return Animal<ref<T>>(r); }
这样，您可以选择何时需要多态存储，何时不希望存储。
2)手工制作的v-表
(仅适用于封闭的阶层)
在C语言中，通常通过提供自己的v表机制来模拟面向对象。由于您似乎知道什么是v表以及v指针的工作方式，因此您可以自己完美地工作。
struct FooVTable {
typedef void (Foo::*DoFunc)(int, int);
DoFunc _do;
};
然后为 anchor 定在
Foo中的层次结构提供一个全局数组:extern FooVTable const* const FooVTableFoo;
extern FooVTable const* const FooVTableBar;
FooVTable const* const FooVTables[] = { FooVTableFoo, FooVTableBar };
enum class FooVTableIndex: unsigned short {
Foo,
Bar
};
然后，您需要在
Foo类中保留最派生的类型:class Foo {
public:
void dofunc(int i, int j) {
(this->*(table()->_do))(i, j);
}
protected:
FooVTable const* table() const { return FooVTables[_vindex]; }
private:
FooVTableIndex _vindex;
};
之所以存在封闭的层次结构，是因为
FooVTables数组和FooVTableIndex枚举需要了解层次结构的所有类型。不过，可以绕过枚举索引，并且通过使数组不恒定，可以预初始化为更大的大小，然后在init.处使用，让每个派生类型自动在其中注册。因此，在此初始阶段会检测到索引冲突，甚至有可能具有自动解决方案(扫描阵列中的空闲插槽)。
这可能不太方便，但是确实提供了一种打开层次结构的方法。显然，在启动任何线程之前进行编码都比较容易，因为我们在这里讨论全局变量。
3)手工多态
(仅适用于封闭的层次结构)
后者是基于我探索LLVM/Clang代码库的经验。编译器面临着与您相同的问题:对于成千上万的小项目，每项vpointer确实会增加内存消耗，这很烦人。
因此，他们采取了一种简单的方法:
enum，列出了所有成员enumerator传递给其基础enum并适当地转换在代码中:
enum class FooType { Foo, Bar, Bor };
class Foo {
public:
int dodispatcher() {
switch(_type) {
case FooType::Foo:
return static_cast<Foo&>(*this).dosomething();
case FooType::Bar:
return static_cast<Bar&>(*this).dosomething();
case FooType::Bor:
return static_cast<Bor&>(*this).dosomething();
}
assert(0 && "Should never get there");
}
private:
FooType _type;
};
这些开关很烦人，但是它们可以或多或少地自动播放一些宏和类型列表。 LLVM通常使用以下文件:
// FooList.inc
ACT_ON(Foo)
ACT_ON(Bar)
ACT_ON(Bor)
然后您执行以下操作:
void Foo::dodispatcher() {
switch(_type) {
# define ACT_ON(X) case FooType::X: return static_cast<X&>(*this).dosomething();
# include "FooList.inc"
# undef ACT_ON
}
assert(0 && "Should never get there");
}
克里斯·拉特纳(Chris Lattner)评论说，由于如何生成开关(使用代码偏移量表)，因此产生的代码类似于虚拟调度的代码，因此具有大致相同的CPU开销，但内存开销较低。
显然，一个缺点是
Foo.cpp需要包括及其派生类 header 的所有。有效地密封了层次结构。我自愿介绍了从最开放的解决方案到最封闭的解决方案。它们具有不同程度的复杂性/灵活性，由您选择最适合您的一个。
重要的是，在后两种情况下，销毁和复制需要特别注意。