为什么 std::optional 有类似指针的开销？ [复制]

Question

问题

我对@9​​87654321@ 进行了一些关于std::optional 的测试，令我惊讶的是，它似乎表现得像一个指针，即使它在标准中有所说明（§23.6.3) 它应该包含它：

不允许实现使用额外的存储空间（例如动态内存）来分配其包含的值。

测试

我测试的完整代码在这个编译器探索器sheet 上，虽然我不知道它还能持续多久。这就是为什么我将在这里描述我所做的测试。

我在测试什么

我正在做两个测试，每个测试一个函数：

• 检查值是否存在
• 检查值是否存在，如果存在则检索它，否则为 67780

我使用-O2 minimum 和 --std=c++17 作为 x86_64 目标的 gcc 7.2 和 clang 5.0.0 on 的编译器标志。这里复制的结果来自clang。

使用std::optional

检查

代码：

bool check(const std::optional<int> maybe_int) {
    return maybe_int.has_value();
}

结果：

mov al, byte ptr [rdi + 4]
ret

一个间接。

检索

代码：

int retrieve(const std::optional<int> maybe_int) {
    if(maybe_int.has_value())
        return maybe_int.value();
    else
        return 67780;
}

结果：

cmp byte ptr [rdi + 4], 0
je .LBB1_1
mov eax, dword ptr [rdi]
ret
.LBB1_1:
mov eax, 67780
ret

一个间接用于检查，一个用于检索。

使用自定义类

类

template<typename T>
class my_optional {
private:
    T val;
    bool has_val;
public:
    /* Constuctors ... */

    bool has_value() const {
        return has_val;
    }
    decltype(auto) value() const {
        return val;
    }
};

检查

代码：

bool check(const my_optional<int> maybe_int) {
    return maybe_int.has_value();
}

结果：

shr rdi, 32
test dil, dil
setne al
ret

无间接。

检索

代码：

int retrieve(const my_optional<int> maybe_int) {
    if(maybe_int.has_value())
        return maybe_int.value();
    else
        return 67780;
}

结果：

movabs rax, 1095216660480
test rdi, rax
mov eax, 67780
cmovne eax, edi
ret

虽然我不知道它是如何工作的，但它没有任何间接性。

问题

标题或“我的测试有什么问题？”

Answer 1

不允许实现使用额外的存储空间（例如动态内存）来分配其包含的值。

我将其解读为：他们不允许在std::optional 的基础上使用额外的存储空间。但是 std::optional<int> 看起来被实现为 struct { int value; byte has_value; }; 并作为引用（指针）传递给代码（从机器代码的角度来看，它在 C++ 术语中是“按值传递”，但 CPU 的实际实现是使用任何方式的一级间接），因此对内容的任何访问都需要从该引用/指针间接。

但是如果你将它从空设置为值，或者删除值，它不会改变分配的存储空间，它会在任何情况下保留这 5 个字节的存储空间（可能填充到 8）。

您的自定义类确实使用了 8 个字节的存储空间，将其作为整个 qword 使用，通过算术（位移和掩码）提取 has_value 和 value，看起来要好一些，想不到在 15 秒内对 std 变体特别不利。

它作为值传递，而不是引用。

---

如果std::optional<int> 的存储空间只有 4 个字节，并且它本身将作为指向动态分配内存的指针，即为空，它将包含nullptr，并且在存储int 时，该标准措辞将被打破值，它会在某处分配动态内存，而原始的 4B 存储将保留指向新内存的指针。