Posted on 2007-06-04 11:34
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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?簡單的
說就是沒有任何數(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,
那么這樣一來可能大家會認(rèn)為一個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EBC也可以定義一個對象,而對象是一個運(yùn)行時的內(nèi)存實(shí)
體,也就是說對象是必須要能夠通過內(nèi)存地址進(jìn)行區(qū)分的,那么即使是一個EBC類的對象也
必須占有內(nèi)存空間,這樣一來一般情況下編譯器會將EBC的尺寸看作1字節(jié),也就是讓其對象
占用一個字節(jié)的空間,這樣一來既可以達(dá)到對象的地址鑒別,同時也是一個比較節(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
來的上述的數(shù)據(jù)成員。那么這樣一來,上面的問題就很清楚了,CEmptyClass3、
CEmptyClass5、CEmptyClass6、CEmptyClass7、CEmptyClass10、CEmptyClass11、
CEmptyClass12就不是EBC了,而CEmptyClass1、CEmptyClass2、CEmptyClass4仍然是EBC。
那么可能有些人會看出來如果這樣的一個類,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)編譯錯誤)版本時所出現(xiàn)的結(jié)果
會比較出人意料:
sizeof( CEmptyClass20 ) == 1
sizeof( CEmptyClass21 ) == 4
sizeof( CEmptyClass22 ) == 8
sizeof( CEmptyClass23 ) == 4
為什么會出現(xiàn)上述的結(jié)果呢?這個主要是因?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
繼承的是時候由于空基類沒有任何數(shù)據(jù)成員所以可以讓其在子類的對象布局中優(yōu)化掉EBC所
占用的那一個字節(jié),用子類對象的首地址作為EBC的子對象的首地址(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,有時候由于繼承關(guān)系和對象布局
問題會導(dǎo)致無法實(shí)施EBO優(yōu)化,從而導(dǎo)致EBC的子對象必然會在子類的對象中占用一定的空
間(一般會大于1個字節(jié),主要是因?yàn)閮?nèi)存對齊的需要)。
我們來分析上面的的4個繼承類的尺寸現(xiàn)象問題:
1. sizeof( CEmptyClass20 ) == 1;CEmptyClass20類繼承于兩個EBC類,同時自己也
是一個EBC類,所以編譯器會自動地優(yōu)化掉兩個基類的子對象的內(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EBC類,同時自己也
包含一個4字節(jié)的成員變量,此時可以成功的實(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EBC類,同時自己也
包含一個4字節(jié)的成員變量,按一般常理而言此時編譯器應(yīng)該可以優(yōu)化掉兩個EBC所
需要的內(nèi)存空間,從而使得其尺寸僅僅只有4個字節(jié),可是為什么會有8個字節(jié)呢?
也就是說此時編譯器并沒有實(shí)施EBO優(yōu)化,使得每一個EBC子對象都回占用1個字節(jié)的
內(nèi)存,從而占用2字節(jié)內(nèi)存,再加上32位系統(tǒng)下的對齊需要填充2個字節(jié)已形成4字節(jié)
對齊,所以會導(dǎo)致其成為8個字節(jié);
4. sizeof( CEmptyClass23 ) == 4;CEmptyClass23類繼承于一個EBC類和一個非EBC類,
而CEmptyClass6因?yàn)楹幸粋€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EBO優(yōu)化掉第一個EBC的內(nèi)存,所以其尺寸就是4字節(jié)。
通過上面的分析可以看出來,一般情況下如果子類的基類列表中只有一個EBC時時一定
可以成功實(shí)施EBO優(yōu)化的,而如果出現(xiàn)多繼承于多個EBC時會根據(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,同時會和編譯器的優(yōu)化策略具有較大的關(guān)系。
在boost庫中有非常多的機(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,會在類繼承體系中引入行為/策略的同時不導(dǎo)致對象的膨脹。