1)与std::pair不同之处在于,
boost::compressed_pair对模板参数进行评估,看其中有没有空的成员,如果有,使用空类优化技术来压缩pair的大小。
场合:常用于存放一对对象,其中之一或两个都可能是空的。
空基类:
没有非静态变量(静态成员不增加类实例的大小)
没有虚函数(虚表指针)元函数表述:is_class<T>&&is_empty<T>
2)实现原理:编译器的空基类优化技术
1,真正实现是compressed_pair_imp
2,根据模板参数类型是否相同和两个成员是否为空定义了6个偏特化;
3,编译器元计算,决定使用哪个版本的compressed_pair_imp
偏特化的compressed_pair_imp已经知道了模板参数是否为空类,因此
它就以空类protected继承,而不是作为成员变量,这样编译器就可以使用空基类优化技术类优化类的大小
例如:T1为空时的偏特化
compressed_pair只有一个成员变量,空基类T1原本所需的至少为1的空间被编译器优化掉了。
3)Boost.Compressed_pair 源码剖析
引用的原链接:http://www.cppblog.com/db123/archive/2009/05/18/83260.html
boost.compressed_pair大概的实现如下:
class compressed_pair
{
public:
typedef T first_type;
typedef T second_type;
typedef typename call_traits<first_type>::param_type first_param_type;
typedef typename call_traits<second_type>::param_type second_param_type;
typedef typename call_traits<first_type>::reference first_reference;
typedef typename call_traits<second_type>::reference second_reference;
typedef typename call_traits<first_type>::const_reference first_const_reference;
typedef typename call_traits<second_type>::const_reference second_const_reference;
first_reference first() {return base::first();}
first_const_reference first() const {return base::first();}
second_reference second() {return base::second();}
second_const_reference second() const {return base::second();}
void swap(::boost::compressed_pair<T,T>& y) { base::swap(y); }
};
注意这不是完整的代码,它只是对其实现的一个简单描述。从中我们可以看出boost.compressed_pair使用成员函数来访问数据而不是如std::pair一样直接访问first和second。
接下来我将剖析支持偏特化版本的compressed_pair的实现,它位于boost\detail\compressed_pair.hpp。
compressed_pair_switch
这是一个开关工具,用于在后面对各种情况进行开关控制,它的基本实现如下:
template <class T1, class T2, bool IsSame, bool FirstEmpty, bool SecondEmpty>
struct compressed_pair_switch;
注意,它只是定义而非实现,因此我们无法构造未特化过的compressed_pair_switch。后面三个bool代表了三个概念:
l pair的两个模板参数是否是相同类型。(去掉cv限定符之后)。
l 第一个模板参数是空的吗?
l 第二个模板参数是空的吗?
因此对这三个bool进行有限组合可以得到6种组合,也就出现了接下来我们所看到的6个特化(偏特化)。
template <class T1, class T2>
struct compressed_pair_switch<T1, T2, false, false, false>
{static const int value = 0;};
template <class T1, class T2>
struct compressed_pair_switch<T1, T2, false, true, true>
{static const int value = 3;};
template <class T1, class T2>
struct compressed_pair_switch<T1, T2, false, true, false>
{static const int value = 1;};
template <class T1, class T2>
struct compressed_pair_switch<T1, T2, false, false, true>
{static const int value = 2;};
template <class T1, class T2>
struct compressed_pair_switch<T1, T2, true, true, true>
{static const int value = 4;};
template <class T1, class T2>
struct compressed_pair_switch<T1, T2, true, false, false>
{static const int value = 5;};
现在我们已经偏特化了6个不同的开关,它们将在最终实现compressed_pair的过程中发挥巨大的作用。注意每个类中的value,这个常量值代表了它的版本。
compressed_pair_imp
它作为最终compressed_pair的基类存在,它的声明如下:
template <class T1, class T2, int Version> class compressed_pair_imp;
注意第三个参数Version,在最终的实现中它将被以compressed_pair_switch::value来具现化。
接下来按照compressed_pair_switch的6种版本所说明的6中组合情况分别实现其对应的compressed_pair_imp。
compressed_pair_imp对应不同组合情况有不同的实现,比如说对于版本1:
template <class T1, class T2>
struct compressed_pair_switch<T1, T2, false, true, false>
{static const int value = 1;};
这种情况便是指T1和T2在去cv限定符之后为不同类型,且第一种类型为空,第二种不为空,那么这时候在实现compressed_pair_imp的时候便取消了T1的数据,源码如下:
template <class T1, class T2>
class compressed_pair_imp<T1, T2, 1>
: protected ::boost::remove_cv<T1>::type
{
public:
typedef T1 first_type;
typedef T2 second_type;
typedef typename call_traits<first_type>::param_type first_param_type;
typedef typename call_traits<second_type>::param_type second_param_type;
typedef typename call_traits<first_type>::reference first_reference;
typedef typename call_traits<second_type>::reference second_reference;
typedef typename call_traits<first_type>::const_reference first_const_reference;
typedef typename call_traits<second_type>::const_reference second_const_reference;
compressed_pair_imp() {}
compressed_pair_imp(first_param_type x, second_param_type y)
: first_type(x), second_(y) {}
compressed_pair_imp(first_param_type x)
: first_type(x) {}
compressed_pair_imp(second_param_type y)
: second_(y) {}
first_reference first() {return *this;}
first_const_reference first() const {return *this;}
second_reference second() {return second_;}
second_const_reference second() const {return second_;}
private:
second_type second_;
};
现在回过头去,对于版本0:
template <class T1, class T2>
struct compressed_pair_switch<T1, T2, false, false, false>
{static const int value = 0;};
由于T1和t2为不同类型,同时都不为空,因此这种情况下compressed_pair与std::pair是一样的。
对于版本2:
template <class T1, class T2>
struct compressed_pair_switch<T1, T2, false, false, true>
{static const int value = 2;};
T1和T2不相同,且T1不为空,T2为空,那么这和版本1的差别就在于t2的数据成员被取消,T1的数据成员存在。
template <class T1, class T2>
class compressed_pair_imp<T1, T2, 2>
: protected ::boost::remove_cv<T2>::type
{
first_reference first() {return first_;}
first_const_reference first() const {return first_;}
second_reference second() {return *this;}
second_const_reference second() const {return *this;}
private:
first_type first_;
}; // 删除了某系无关紧要的代码
版本3:
template <class T1, class T2>
struct compressed_pair_switch<T1, T2, false, true, true>
{static const int value = 3;};
T1和t2不相同,且两者均为空。这种时候compressd_pair_imp不再需要任何数据成员,因此其精简版的定义如下:
template <class T1, class T2>
class compressed_pair_imp<T1, T2, 3>
: protected ::boost::remove_cv<T1>::type,
protected ::boost::remove_cv<T2>::type
{
first_reference first() {return *this;}
first_const_reference first() const {return *this;}
second_reference second() {return *this;}
second_const_reference second() const {return *this;}
//
// no need to swap empty bases:
void swap(::boost::compressed_pair<T1,T2>&) {}
};
在这里面我们可以看到它的交换动作根本什么也没做。而且也没有数据成员,但是其占用空间大小依然是1.
版本4定义了T1和T2相同,且均为空的特殊情况:
template <class T1, class T2>
struct compressed_pair_switch<T1, T2, true, true, true>
{static const int value = 4;};
template <class T1, class T2>
class compressed_pair_imp<T1, T2, 4>
: protected ::boost::remove_cv<T1>::type
{
first_reference first() {return *this;}
first_const_reference first() const {return *this;}
second_reference second() {return m_second;}
second_const_reference second() const {return m_second;}
void swap(::boost::compressed_pair<T1,T2>&) {}
private:
T2 m_second;
};
既然T1和T2均为空,那么为何还要保存一个T2的数据呢?这是为了防止first()和second()所返回的对象的地址相同,这是很郁闷的一件事情。
版本5定义了T1和T2相同,且均不为空的情况:
template <class T1, class T2>
class compressed_pair_imp<T1, T2, 5>
{
first_reference first() {return first_;}
first_const_reference first() const {return first_;}
second_reference second() {return second_;}
second_const_reference second() const {return second_;}
void swap(::boost::compressed_pair<T1, T2>& y)
{
cp_swap(first_, y.first());
cp_swap(second_, y.second());
}
private:
first_type first_;
second_type second_;
};
这个版本并没有什么特殊之处。
compressed_pair
最终的实现通过继承compressed_pair_imp来实现,而上述的compressed_pair_imp都有一个Version模板参数,通过编译时推断出的compressed_pair_switch的数据value则可得到与其对应的基类。
template <class T1, class T2>
class compressed_pair
: private ::boost::details::compressed_pair_imp<T1, T2,
::boost::details::compressed_pair_switch<
T1,
T2,
::boost::is_same<typename remove_cv<T1>::type, typename remove_cv<T2>::type>::value,
::boost::is_empty<T1>::value,
::boost::is_empty<T2>::value>::value>
template <class T>
class compressed_pair<T, T>
: private details::compressed_pair_imp<T, T,
::boost::details::compressed_pair_switch<
T,
T,
::boost::is_same<typename remove_cv<T>::type, typename remove_cv<T>::type>::value,
::boost::is_empty<T>::value,
::boost::is_empty<T>::value>::value>
这是按照T1和T2是否相同所不同的实现。它们的区别主要在构造函数的实现上:
explicit compressed_pair(first_param_type x) : base(x) {}
explicit compressed_pair(second_param_type y) : base(y) {}
对于T1和T2相同的情况,上面的这段代码不是合法的重载。
::boost::is_same将对T1和T2去cv限定符之后的类型进行比较,结果value是一个bool值常量,对应于compressed_pair_switch第三个模板参数。::boost::is_empty可以判断类型是否是空类型,其值value也是一个bool值常量。这样便可推断出该继承哪一个版本的compressed_pair_imp。