本地实现的接口参考

Question

请考虑以下代码：

struct A
{
    virtual ~A() {}
    virtual int go() = 0;
};

struct B : public A { int go() { return 1; } };

struct C : public B { int go() { return 2; } };

int main()
{
    B b;
    B &b_ref = b;

    return b_ref.go();
}

在 GCC 4.4.1（使用 -O2）下，对 B::go() 的调用被内联（即，不会发生虚拟调度）。这意味着编译器承认a_ref 确实指向B 类型变量。 B 引用可用于指向 C，但编译器足够聪明，可以预见到情况并非如此，因此它完全优化了函数调用，内联函数。

太棒了！这是一个令人难以置信的优化。

那么，为什么 GCC 在以下情况下不做同样的事情呢？

struct A
{
    virtual ~A() {}
    virtual int go() = 0;
};

struct B : public A { int go() { return 1; } };

struct C : public B { int go() { return 2; } };

int main()
{
    B b;
    A &b_ref = b;

    return b_ref.go(); // B::go() is not inlined here, and a virtual dispatch is issued
}

有什么想法吗？其他编译器呢？这种优化常见吗？ （我对这种编译器洞察力非常陌生，所以我很好奇）

如果第二种情况有效，我可以创建一些非常棒的模板，例如：

template <typename T>
class static_ptr_container
{
public:
    typedef T st_ptr_value_type;

    operator T *() { return &value; }
    operator const T *() const { return &value; }

    T *operator ->() { return &value; }
    const T *operator ->() const { return &value; }

    T *get() { return &value; }
    const T *get() const { return &value; }

private:
    T value;
};

template <typename T>
class static_ptr
{
public:
    typedef static_ptr_container<T> container_type;
    typedef T st_ptr_value_type;

    static_ptr() : container(NULL) {}
    static_ptr(container_type *c) : container(c) {}

    inline operator st_ptr_value_type *() { return container->get(); }
    inline st_ptr_value_type *operator ->() { return container->get(); }

private:
    container_type *container;
};

template <typename T>
class static_ptr<static_ptr_container<T>>
{
public:
    typedef static_ptr_container<T> container_type;
    typedef typename container_type::st_ptr_value_type st_ptr_value_type;

    static_ptr() : container(NULL) {}
    static_ptr(container_type *c) : container(c) {}

    inline operator st_ptr_value_type *()  { return container->get(); }
    inline st_ptr_value_type *operator ->()  { return container->get(); }

private:
    container_type *container;
};

template <typename T>
class static_ptr<const T>
{
public:
    typedef const static_ptr_container<T> container_type;
    typedef const T st_ptr_value_type;

    static_ptr() : container(NULL) {}
    static_ptr(container_type *c) : container(c) {}

    inline operator st_ptr_value_type *() { return container->get(); }
    inline st_ptr_value_type *operator ->() { return container->get(); }

private:
    container_type *container;
};

template <typename T>
class static_ptr<const static_ptr_container<T>>
{
public:
    typedef const static_ptr_container<T> container_type;
    typedef typename container_type::st_ptr_value_type st_ptr_value_type;

    static_ptr() : container(NULL) {}
    static_ptr(container_type *c) : container(c) {}

    inline operator st_ptr_value_type *() { return container->get(); }
    inline st_ptr_value_type *operator ->() { return container->get(); }

private:
    container_type *container;
};

在许多情况下，这些模板可用于避免虚拟调度：

// without static_ptr<>
void func(B &ref);

int main()
{
    B b;
    func(b); // since func() can't be inlined, there is no telling I'm not
             // gonna pass it a reference to a derivation of `B`

    return 0;
}

// with static_ptr<>
void func(static_ptr<B> ref);

int main()
{
    static_ptr_container<B> b;
    func(b); // here, func() could inline operator->() from static_ptr<> and
             // static_ptr_container<> and be dead-sure it's dealing with an object
             // `B`; in cases func() is really *only* meant for `B`, static_ptr<>
             // serves both as a compile-time restriction for that type (great!)
             // AND as a big runtime optimization if func() uses `B`'s
             // virtual methods a lot -- and even gets to explore inlining
             // when possible

    return 0;
}

实现它是否可行？ （不要继续说这是一个微优化，因为它很可能是一个巨大的优化..）

--编辑

我刚刚注意到static_ptr<> 的问题与我暴露的问题无关。指针类型被保留，但它仍然没有内联。我猜 GCC 并没有深入到找出 static_ptr_container::value 不是引用也不是指针所需的深度。对于那个很抱歉。但是这个问题仍然没有答案。

--编辑

我已经制定了一个实际有效的static_ptr<> 版本。我也改了一下名字：

template <typename T>
struct static_type_container
{
    // uncomment this constructor if you can't use C++0x
    template <typename ... CtorArgs>
    static_type_container(CtorArgs ... args)
            : value(std::forward<CtorArgs>(args)...) {}

    T value; // yes, it's that stupid.
};

struct A
{
    virtual ~A() {}
    virtual int go() = 0;
};

struct B : public A { int go() { return 1; } };

inline int func(static_type_container<Derived> *ptr)
{
    return ptr->value.go(); // B::go() gets inlined here, since
                            // static_type_container<Derived>::value
                            // is known to be always of type Derived
}

int main()
{
    static_type_container<Derived> d;
    return func(&d); // func() also gets inlined, resulting in main()
                     // that simply returns 1, as if it was a constant
}

唯一的弱点是用户必须访问ptr->value 才能获取实际对象。重载operator ->() 在 GCC 中不起作用。任何返回对实际对象的引用的方法（如果它是内联的）都会破坏优化。好可惜啊。。

Answer 1

这不是一个确定的答案，但我想我还是会发布它，因为它可能对某些人有用。

评论者Julio Guerra 指出了一个名为静态 C++ 面向对象编程 (SCOOP) 的 C++ 习语（他们在论文中称其为“范式”，但我认为这有点过分了） .我将发布此内容以提高 SCOOP 的知名度。

SCOOP 的发明是为了让 C++ 程序员通过在 C++ 中很好地协同工作来充分利用 OOP 和 GP 世界。它主要针对科学编程，因为它可以带来性能提升，并且可以用于提高代码表达能力。

SCOOP 使 C++ 泛型类型看似模拟传统面向对象编程的所有方面 - 静态。这意味着模板方法具有以下特性，例如，能够正确重载和（显然）发出比通常由临时模板函数引起的错误消息更正确的错误消息。

它还可以用来做一些有趣的技巧，例如条件继承。

我试图用static_ptr<> 完成的正是一种静态面向对象。 SCOOP 将其提升到了一个全新的水平。

对于那些感兴趣的人，我发现了两篇讨论这个问题的论文：A Static C++ Object-Oriented Programming (SCOOP) Paradigm Mixing Benefits of Traditional OOP and Generic Programming 和 Semantics-Driven Genericity: A Sequel to the Static C++ Object-Oriented Programming Paradigm (SCOOP 2)。

不过，这个习语并非没有缺点：它是不常见的事情之一，应该是你最后的手段，因为人们很可能很难弄清楚你做了什么，等等。你的代码也会变得更加冗长和您可能会发现自己无法做您认为可能的事情。

我确信它在某些情况下仍然有用，更不用说 真正的乐趣。

模板破解愉快。