程序员何时使用空基优化 (EBO)

Question

我正在阅读有关空基优化 (EBO) 的信息。在阅读的过程中，我的脑海中突然出现了以下问题：

1. 对派生类没有任何贡献（无论是功能方面还是数据方面），使用 Empty 类作为基类有什么意义？

2. 在this article，我读到了这个：

//S 为空
类结构 T : S
{
整数 x;
};

[...]

请注意，我们没有丢失任何数据或 代码准确性：当您创建一个 S 类型的独立对象， 对象的大小仍为 1（或更多）为 前;仅当 S 用作基础时 另一个类的类做它的记忆 足迹缩小到零。意识到 这种节省的影响，想象一下 包含 125,000 个的向量 对象。 仅 EBO 就节省了一半 兆字节的内存！

这是否意味着如果我们不使用“S”作为“T”的基类，我们将必然消耗两倍兆字节的内存？我认为，这篇文章比较了两种我认为不正确的不同场景。

我想知道当 EBO 被证明有用时的真实场景。（意味着，在同样的场景中，如果我们不使用 EBO，我们必然会不知所措！）。

请注意，如果您的回答包含这样的解释：

重点是一个空类的大小不为零，但是当派生或派生它时，它的大小可以为零，那么我不是在问这个，因为我已经知道了。我的问题是，为什么有人首先会从一个空类中派生出他的类？ 即使他没有派生而只是编写他的类（没有任何空基），他是否会不知所措？

Answer 1

EBO 在policy based design 的上下文中很重要，您通常从多个策略类私有继承。如果我们以线程安全策略为例，可以想象一下伪代码：

class MTSafePolicy
{
public:
  void lock() { mutex_.lock(); }
  void unlock() { mutex_.unlock(); }

private:
  Mutex mutex_;
};

class MTUnsafePolicy
{
public:
  void lock() { /* no-op */ }
  void unlock() { /* no-op */ }
};

给定一个基于策略的设计类，例如：

template<class ThreadSafetyPolicy>
class Test : ThreadSafetyPolicy
{
  /* ... */
};

使用带有MTUnsafePolicy 的类只需在Test 类的开销上不增加任何大小：这是不为不使用的东西付费的完美示例。

Answer 2

EBO 并不是真正的优化（至少不是您在代码中所做的优化）。重点是空类的大小不为零，但在派生或派生时，它的大小可以为零。

这是最常见的结果：

class A { };
class B { };

class C { };
class D : C { };

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
        cout << "sizeof(A) + sizeof(B) == " << sizeof(A)+sizeof(B) << endl;
        cout << "sizeof(D) == " << sizeof(D) << endl;

        return 0;
}

输出：

sizeof(A) + sizeof(B) == 2
sizeof(D) == 1

编辑： 优化是，如果您确实派生（例如从函子或仅具有静态成员的类），则类的大小（即派生）不会增加 1（或更可能是 4 或8 由于填充字节）。

Answer 3

EBO 中的“优化”是指使用基类的情况可以被优化为使用比使用相同类型的成员更少的内存。 IE。你比较

struct T : S 
{
      int x;
};

与

struct T
{
      S s;
      int x;
};

没有

struct T
{
      int x;
};

如果你的问题是你为什么会有一个空类（作为一个成员，或者作为一个基类），那是因为你使用了它的成员函数。空意味着它没有数据成员，而不是它根本没有任何成员。使用模板进行编程时经常会执行此类操作，其中基类有时是“空的”（没有数据成员），有时不是。

Answer 4

当程序员想要在不增加客户端类大小的情况下向客户端公开一些数据时使用它。空类可以包含枚举和 typedef 或一些客户端可以使用的定义。使用它的类的最明智的方法是，私下继承这样的类。这将从外部隐藏数据，并且不会增加您的班级规模。

Answer 5

可以有没有任何成员变量的空类，但是可以充当实用程序类的成员函数（static 或non static），我们称之为EmptyClass。现在我们可以有一个案例，我们想要创建一个类（我们称之为SomeClass），它与EmptyClass 具有包含类型的关系，但不是“is-a”关系。一种方法是在SomeClass 中创建EmptyClass 类型的成员对象，如下所示：

class EmptyClass  
{
public:
    void someFun1();
    static int someUtilityFun2();
};
//sizeof(EmptyClass) = 1


class SomeClass
{
 private:
    EmptyClass e;
    int x;
};
//sizeof(SomeClass) = 8

现在，由于某些对齐要求，编译器可能会向SomeClass 添加填充，其大小现在为 8 字节。更好的解决方案是让SomeClass 从EmptyClass 私下派生，这样SomeClass 将可以访问EmptyClass 的所有成员函数，并且不会通过填充增加额外的大小。

class SomeClass : private EmptyClass
{
private:
    int x;
} 
//sizeof(SomeClass) = 4

Answer 6

大多数时候，空基类要么被多态地使用（文章提到），作为“标记”类，要么作为异常类（尽管这些通常派生自非空的 std::exception） .有时有充分的理由开发以空基类开头的类层次结构。

Boost.CompressedPair 使用 EBO 在元素之一为空的情况下缩小对象的大小。

Answer 7

EASTL 很好地解释了他们为什么需要 EBO，在他们链接到/信用的论文中也有深入的解释

Answer 8

EBO 不受程序员影响，和/或如果程序员选择不从空基类派生，他将受到惩罚。

编译器控制是否：

class X : emptyBase { int X; };
class Y { int x };

你得到sizeof(X) == sizeof(Y) 与否。如果你这样做，编译器会实现 EBO，如果不是，它不会。

绝不会有sizeof(Y) > sizeof(X)会发生的情况。

Answer 9

我能想到的主要好处是dynamic_cast。您可以获取指向 S 的指针并尝试将其动态转换为从 S 继承的任何内容 - 假设 S 提供了像虚拟析构函数这样的虚函数，它几乎必须作为基类来做。例如，如果您正在实现一种动态类型语言，您可能希望或需要每个类型都从基类派生，纯粹是为了类型擦除存储和通过 dynamic_cast 进行类型检查。