Posted on 2007-06-04 11:34
chemz 閱讀(2143)
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C++
什么是EBC和EBO
EBC英文全稱為“Empty Base Class”，中文全稱“空基類”。那什么是空基類呢？簡(jiǎn)單的
說(shuō)就是沒(méi)有任何數(shù)據(jù)成員的類就稱之為空基類。也就是EBC的類定義中不包含任何數(shù)據(jù)成員，
那么這樣一來(lái)可能大家會(huì)認(rèn)為一個(gè)EBC的尺寸（sizeof）因該是0，確實(shí)按照定義而言因該是
這樣的，但是我們知道即使是一個(gè)EBC也可以定義一個(gè)對(duì)象，而對(duì)象是一個(gè)運(yùn)行時(shí)的內(nèi)存實(shí)
體，也就是說(shuō)對(duì)象是必須要能夠通過(guò)內(nèi)存地址進(jìn)行區(qū)分的，那么即使是一個(gè)EBC類的對(duì)象也
必須占有內(nèi)存空間，這樣一來(lái)一般情況下編譯器會(huì)將EBC的尺寸看作1字節(jié)，也就是讓其對(duì)象
占用一個(gè)字節(jié)的空間，這樣一來(lái)既可以達(dá)到對(duì)象的地址鑒別，同時(shí)也是一個(gè)比較節(jié)約內(nèi)存的
分配策略。例如：
#include <cassert>
struct CEmptyClass {};
int main( int argc, char *argv[] )
{
CEmptyClass emptyObject;
assert( sizeof( CEmptyClass ) == 1 );
assert( sizeof( emptyObject ) == 1 );
return 0;
}
通過(guò)上面的討論已經(jīng)知道什么是空基類了，那么下面這些的類屬于空基類么？
struct CEmptyClass1 { CEmptyClass1() {}; ~CEmptyClass1() {} };
struct CEmptyClass2 { void print() {} };
struct CEmptyClass3 { virtual ~CEmptyClass3() {} };
struct CEmptyClass4 : public CEmptyClass1 {};
struct CEmptyClass5 : public CEmptyClass3 {};
struct CEmptyClass6 { uint32_t v; };
struct CEmptyClass7 : public CEmptyClass6 {};
struct CEmptyClass10 : virtual public CEmptyClass1 {};
struct CEmptyClass11 : virtual public CEmptyClass1 {};
struct CEmptyClass12 : public CEmptyClass10, public CEmptyClass11 {};
根據(jù)上面的定義“沒(méi)有任何數(shù)據(jù)成員”，這里的數(shù)據(jù)成員不僅僅包括類的成員變量，同
時(shí)還包括編譯器為了某種目的引入的數(shù)據(jù)成員，比如：為了支持多態(tài)而引入的虛指針vptr、
為了支持虛繼承而引入的必要的虛基類指針等，而且還包括從基類繼承直接或間接繼承而
來(lái)的上述的數(shù)據(jù)成員。那么這樣一來(lái)，上面的問(wèn)題就很清楚了，CEmptyClass3、
CEmptyClass5、CEmptyClass6、CEmptyClass7、CEmptyClass10、CEmptyClass11、
CEmptyClass12就不是EBC了，而CEmptyClass1、CEmptyClass2、CEmptyClass4仍然是EBC。
那么可能有些人會(huì)看出來(lái)如果這樣的一個(gè)類，他的尺寸是多少呢？
struct CEmptyClass20 : public CEmptyClass1, public CEmptyClass2 {};
struct CEmptyClass21 : public CEmptyClass1 { uint32_t v; };
struct CEmptyClass22 : public CEmptyClass1, public CEmptyClass2 { uint32_t v; };
struct CEmptyClass23 : public CEmptyClass1, public CEmptyClass6 {};
在VC++8和g++3.4.x（g++4以上版本編譯上述代碼出現(xiàn)編譯錯(cuò)誤）版本時(shí)所出現(xiàn)的結(jié)果
會(huì)比較出人意料：
sizeof( CEmptyClass20 ) == 1
sizeof( CEmptyClass21 ) == 4
sizeof( CEmptyClass22 ) == 8
sizeof( CEmptyClass23 ) == 4
為什么會(huì)出現(xiàn)上述的結(jié)果呢？這個(gè)主要是因?yàn)榫幾g器實(shí)施EBO所致的。那什么是EBO呢？
EBO英文全稱“Empty Base Class Optimize”，中文全稱“空基類優(yōu)化”。其實(shí)就是在EBC類被
繼承的是時(shí)候由于空基類沒(méi)有任何數(shù)據(jù)成員所以可以讓其在子類的對(duì)象布局中優(yōu)化掉EBC所
占用的那一個(gè)字節(jié)，用子類對(duì)象的首地址作為EBC的子對(duì)象的首地址（也就是this指針）。
需要注意的是并不是每一次EBO優(yōu)化都回被成功的實(shí)施，有時(shí)候由于繼承關(guān)系和對(duì)象布局
問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致無(wú)法實(shí)施EBO優(yōu)化，從而導(dǎo)致EBC的子對(duì)象必然會(huì)在子類的對(duì)象中占用一定的空
間（一般會(huì)大于1個(gè)字節(jié)，主要是因?yàn)閮?nèi)存對(duì)齊的需要）。
我們來(lái)分析上面的的4個(gè)繼承類的尺寸現(xiàn)象問(wèn)題：
1. sizeof( CEmptyClass20 ) == 1；CEmptyClass20類繼承于兩個(gè)EBC類，同時(shí)自己也
是一個(gè)EBC類，所以編譯器會(huì)自動(dòng)地優(yōu)化掉兩個(gè)基類的子對(duì)象的內(nèi)存空間，所以尺寸
仍然是1字節(jié)；
2. sizeof( CEmptyClass21 ) == 4；CEmptyClass21類繼承于一個(gè)EBC類，同時(shí)自己也
包含一個(gè)4字節(jié)的成員變量，此時(shí)可以成功的實(shí)施EBO優(yōu)化將EBC的內(nèi)存空間優(yōu)化掉；
3. sizeof( CEmptyClass22 ) == 8；CEmptyClass22類繼承于兩個(gè)EBC類，同時(shí)自己也
包含一個(gè)4字節(jié)的成員變量，按一般常理而言此時(shí)編譯器應(yīng)該可以優(yōu)化掉兩個(gè)EBC所
需要的內(nèi)存空間，從而使得其尺寸僅僅只有4個(gè)字節(jié)，可是為什么會(huì)有8個(gè)字節(jié)呢？
也就是說(shuō)此時(shí)編譯器并沒(méi)有實(shí)施EBO優(yōu)化，使得每一個(gè)EBC子對(duì)象都回占用1個(gè)字節(jié)的
內(nèi)存，從而占用2字節(jié)內(nèi)存，再加上32位系統(tǒng)下的對(duì)齊需要填充2個(gè)字節(jié)已形成4字節(jié)
對(duì)齊，所以會(huì)導(dǎo)致其成為8個(gè)字節(jié)；
4. sizeof( CEmptyClass23 ) == 4；CEmptyClass23類繼承于一個(gè)EBC類和一個(gè)非EBC類，
而CEmptyClass6因?yàn)楹幸粋€(gè)vptr所以具有4字節(jié)尺寸，而CEmtpyClass23內(nèi)本身不
包含任何數(shù)據(jù)成員，通過(guò)EBO優(yōu)化掉第一個(gè)EBC的內(nèi)存，所以其尺寸就是4字節(jié)。
通過(guò)上面的分析可以看出來(lái)，一般情況下如果子類的基類列表中只有一個(gè)EBC時(shí)時(shí)一定
可以成功實(shí)施EBO優(yōu)化的，而如果出現(xiàn)多繼承于多個(gè)EBC時(shí)會(huì)根據(jù)子類是否包含數(shù)據(jù)成員而
確定能夠?qū)嵤〦BO優(yōu)化，同時(shí)會(huì)和編譯器的優(yōu)化策略具有較大的關(guān)系。
在boost庫(kù)中有非常多的機(jī)制依賴于EBO優(yōu)化，比如：nocopyable等，充分的理解EBC/EBO
并利用其所具有的內(nèi)存優(yōu)化特征，會(huì)在類繼承體系中引入行為/策略的同時(shí)不導(dǎo)致對(duì)象的膨脹。