“手卷” vtable 方法的优势是什么？

Question

最近，我遇到了几个使用“手动”vtable 的类型擦除实现 - Adobe ASL's any_regular_t 就是一个例子，尽管我也看到它在 Boost ASIO 中使用过（为了完成例行队列）。

基本上，父类型被传递一个指向静态类型的指针，该静态类型充满了子类型中定义的函数指针，类似于下面...

struct parent_t;

struct vtbl {
  void (*invoke)(parent_t *, std::ostream &);
};

struct parent_t {
  vtbl *vt;
  parent_t(vtbl *v) : vt(v) { }
  void invoke(std::ostream &os) {
    vt->invoke(this, os);
  }
};

template<typename T>
struct child_t : parent_t {
  child_t(T val) : parent_t(&vt_), value_(val) { }
  void invoke(std::ostream &os) {
    // Actual implementation here
    ...
  }
private:
  static void invoke_impl(parent_t *p, std::ostream &os) {
    static_cast<child_t *>(p)->invoke(os);
  }
  T value_;
  static vtbl vt_;
};

template<typename T>
vtbl child_t<T>::vt_ = { &child_t::invoke_impl };

我的问题是，这个成语有什么好处？据我所知，这只是对编译器免费提供的内容的重新实现。当parent_t::invoke 调用vtbl::invoke 时，是否还会有额外间接的开销。

我猜这可能与编译器能够内联或优化对 vtbl::invoke 的调用有关，但我对 Assembler 无法解决这个问题感到不舒服我自己。

Answer 1

具有有用 vtable 的类基本上要求它是动态分配的。虽然你可以做一个固定的存储缓​​冲区并在那里分配，但这很麻烦；一旦你去virtual，你就无法合理控制实例的大小。使用手动 vtable 即可。

看看有问题的来源，有很多关于各种结构大小的断言（因为它们需要在一种情况下适合两个双精度数的数组）。

此外，带有手动 vtable 的“类”可以是标准布局；如果你这样做，某些类型的铸造就变得合法了。我没有在 Adob​​e 代码中看到它。

在某些情况下，它可以完全与 vtable 分开分配（就像我在执行基于视图的类型擦除时所做的那样：我为传入类型创建一个自定义 vtable，并为其存储一个 void*，然后调度我对自定义 vtable 的界面）。我没有看到它在 Adob​​e 代码中使用；但是作为any_regular 的伪引用的any_regular_view 可能会使用这种技术。我将它用于can_construct<T>、sink<T>、function_view<Sig> 甚至move_only_function<Sig>（所有权由unique_ptr 处理，通过具有 1 个条目的本地 vtable 进行操作）。

如果您有一个手动滚动的 vtable，您可以创建动态类，您可以在其中分配一个 vtable 条目并将其指针设置为您选择的任何内容（可能以编程方式）。如果您有 10 种方法，每种方法都可以处于 10 种状态之一，那将需要 10^10 个具有普通 vtable 的不同类。使用手动滚动的 vtable，您只需在某个表中管理每个类的生命周期（因此实例不会超过类）。

例如，我可以采用一个方法，并在类的特定实例上添加一个“运行前”或“运行后”方法（小心地进行生命周期管理），或在该类的每个实例上。

生成的 vtable 也有可能在各个方面都比编译器生成的 vtable 更简单，因为它们没有那么强大。例如，编译器生成的 vtable 处理虚拟继承和动态转换。除非使用，否则虚拟继承情况可能没有开销，但动态转换可能需要开销。

您还可以控制初始化。使用编译器生成的 vtable，表的状态按照标准的要求定义（或未定义）：使用手动滚动的 vtable，您可以确保您选择的任何不变量保持不变。

在 C++ 出现之前，C 中就存在 OO 模式。 C++ 只是选择了几个合理的选项；当您回到伪 C 风格手册 OO 时，您可以访问这些替代选项。您可以（用胶水）修饰一些东西，使它们看起来对普通用户来说就像普通的 C++ 类型，而它们的内部却不是。