优化 ODR-used empty 类

Question

当今的许多 C++ 代码都倾向于最大程度地进行模板加载。它们是库：STL、Boost.Spirit、Boost.MPL 等。他们鼓励用户在表单中声明功能对象 struct S { /* presence of non-virtual member functions and operators, but absense of non-static data members or non-empty base classes */ }; S const s{};。他们中的大多数是无国籍的（即 static_assert(std::is_empty< S >{}); 成立）。对于它们中使用 ODR 的那些，不管它们的空性如何 data 文件增长 1 字节的部分（sizeof(S) == 1 对于空类型 S 因为所有随后分配的对象的地址都应该是不同的）。即使在 Boost.Spirit 的简单语法中，也有大量这样的 ODR-used 空类。但是为他们保留space是绝对没有意义的。

我尝试使用以下代码 (-Ofast) 在 coliru 上测试 clang：

#include <utility>
#include <type_traits>

#include <cstdlib>
#include <cassert>

template< std::size_t index >
struct S {};

namespace
{

template< std::size_t index >
S< index > value = {};

}

template< typename lhs, typename rhs >
std::ptrdiff_t
diff(lhs & l, rhs & r)
{
    return (static_cast< char * >(static_cast< void * >(&r)) - static_cast< char * >(static_cast< void * >(&l)));
}

template< std::size_t base, std::size_t ...indices >
std::ptrdiff_t
bss_check(std::index_sequence< indices... >)
{
    return (diff(value< (base + indices) >, value< (base + indices + 1) >) + ...); 
}

template< std::size_t size, std::size_t base >
bool
enumerate()
{
    return (bss_check< base >(std::make_index_sequence< size >{}) + 1 == size);
}

template< std::size_t size, std::size_t ...bases >
bool
expand(std::index_sequence< bases... >)
{
    return (enumerate< size, (bases * size) >() && ...);
}

template< std::size_t size = 100, std::size_t count = size >
bool
check()
{
    return expand< size >(std::make_index_sequence< count >{});
}

int
main()
{
    static_assert(std::is_empty< S< 0 > >{});
    assert((check< DIM >()));
    return EXIT_SUCCESS;
}

并得到结果（DIM == 100 的 size 实用程序的输出，即 100 * 100 类：

   text    data     bss     dec     hex filename
 112724   10612       4  123340   1e1cc ./a.out

如果我将 diff(lhs & l, rhs & r) 的签名更改为 diff(lhs l, rhs r) 以禁止使用 ODR，则结果为：

  text     data     bss     dec     hex filename
  69140     608       8   69756   1107c ./a.out

几乎等于（data 部分仅感兴趣）assert((check< DIM >())); 行的简单注释的情况（text 部分的主要部分是可预测的 DCE 优化掉） :

   text    data     bss     dec     hex filename
   1451     600       8    2059     80b ./a.out

因此我得出结论，没有针对 ODR-used empty 类的优化。

对于明确指定的模板参数，可以使用简单的类型过滤器：

template< typename type >
using ref_or_value = std::conditional_t< std::is_empty< std::decay_t< type > >{}, std::decay_t< type >, type && >;

但在我看来，对于推导的模板类型没有简单的解决方法。

在现代编译器中是否隐含了上述优化？如果是，如何启用它？如果否，目前是否有实现所需行为的技术？

我知道有时对象的地址会很乱，但在上述情况下并非如此。

我认为诸如变量或类型的属性（例如 [[immaterial]]）之类的东西会很方便。也许这样的属性（用于类）应该拒绝获取属性实例的地址的可能性类（编译时硬错误）或 address-of 运算符 & 应该 return 无意义值（实现定义）。

Answer 1

C++17 将添加内联变量来帮助解决 N4424 中解释的其中一些问题。它还解释了一些解决方法。对于全局函数对象，您可以这样定义它们：

// Sum function object
struct sum_f
{
    template<class T, class U>
    auto operator()(T x, U y) const
    {
        return x+y;
    }  
};

template<class T>
struct static_const_storage
{
    static constexpr T value = T();
};

template<class T>
constexpr T static_const_storage<T>::value;


template<class T>
constexpr const T& static_const()
{
    return static_const_storage<T>::value;
}

static constexpr auto& sum = static_const<sum_f>();

这使得 sum 函数对象在翻译单元中是唯一的，从而避免膨胀和 ODR 违规。但是，此变通方法并不真正适用于模板变量，最好避免使用它们（如果您担心可执行文件膨胀），直到我们在 C++17 中获得内联变量。

优化 ODR-used empty 类

optimization for ODR-used empty classes

c++

optimization

one-definition-rule

compiler-optimization

c++11