unique_ptr自定义删除器，_Compressed_pair利用偏特化减少存储的一些设计思路

🕗 发布于 2024-12-10 18:37 c++ 开发语言

主要是利用偏特化，

如果自定义删除器是空类（没有成员变量，可以有成员函数）：

_Compressed_pair会继承删除器（删除器作为基类），但_Compressed_pair里不保存删除器对象，只保存指针，所以此时，可以把unique_ptr认为是裸指针；

如果不是空类：那么会同时保存删除器对象和指针。

避免错误的使用自定义unique_ptr deleter带来不必要的开销

LeeCarry

这世界太繁杂了，我只想守护自己的纯粹

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无意间看到

FOCUS：现代 C++：一文读懂智能指针595 赞同 · 12 评论文章

昂，一个unique_ptr要用40字节？？？第一反应是作者是不是笔误多打了个0？然而细看一下不对啊，这里应该是用64位测的，一个raw pointer是8字节，那应该不是笔误，再认真细看一下就明白了。

还是从头梳理一下吧，首先要知道unique_ptr和shared_ptr的自定义deleter方式并不一样，unique_ptr为了优化开销需要提供deleter的类型，这里仅讨论 unique_ptr。

struct FileCloserStruct {
void operator()(FILE* fp) const {
if (fp != nullptr) {
fclose(fp);
}
}
};

void FileCloserFunc(FILE* fp) {
if (fp != nullptr) {
fclose(fp);
}
}

auto FileCloserLambda = [](FILE* fp) {
if (fp != nullptr) {
fclose(fp);
}
};

int main() {

std::unique_ptr<FILE, FileCloserStruct> uptr1(fopen("test_file.txt", "w"));
std::cout << sizeof(uptr1) << std::endl;// ???

std::unique_ptr<FILE, void(*)(FILE*)> uptr2(fopen("test_file1.txt", "w"), FileCloserFunc);
std::cout << sizeof(uptr2) << std::endl;// ???

std::unique_ptr<FILE, std::function<void(FILE*)>> uptr3(fopen("test_file2.txt", "w"), FileCloserLambda);
std::cout << sizeof(uptr3) << std::endl;// ???

std::unique_ptr<FILE, decltype(FileCloserLambda)> uptr4(fopen("test_file3.txt", "w"), FileCloserLambda);
std::cout << sizeof(uptr4) << std::endl;// ???

return 0;
}

假设都是在MSVC 32位程序上测，

先来看第一个：

std::unique_ptr<FILE, FileCloserStruct> uptr1(fopen("test_file.txt", "w"));
std::cout << sizeof(uptr1) << std::endl;// 4

如果这里只使用了无状态的自定义deleter其实和raw pointer是一样大小。

稍微深入一点点这里是如何优化掉deleter大小的，以MSVC源码为例，其他思想上应该都是一样的

这个是unique_ptr内部使用_Compressed_pair来存deleter和pointer。

根据_Compressed_pair的实现可以看出来利用模板偏特化进行了判断，如果deleter是个空基类并且可以继承的话，就不需要保存这个deleter类型的成员，直接继承这个deleter类型用EBO（空基类优化）[1]从对象布局中优化掉。

第二个：

std::unique_ptr<FILE, void(*)(FILE*)> uptr2(fopen("test_file1.txt", "w"), FileCloserFunc);
std::cout << sizeof(uptr2) << std::endl;// 8

这里传入的是函数指针，阻止了EBO，需要额外的变量来保存，所以就是8了。

第三个：

std::unique_ptr<FILE, std::function<void(FILE*)>> uptr3(fopen("test_file2.txt", "w"), FileCloserLambda);
std::cout << sizeof(uptr3) << std::endl;// 48

这也是一开始抛出的问题，虽然具体数字和最上面博主测出来的不一致，但这也跟环境有关，此处不深究，重点是，它太大了！

因为std::function本来就不是lambda的原类型，std::function是通用多态函数封装器，非常强大，但是这种强大也是有代价的，直接使用sizeof(std::function<xxx>)看它也可以发现它是需要一定的内存开销的[2]。而把std::function作为类型传给了unqiue_ptr deleter时，等于在unique_ptr里把这个std::function也给存了起来，开销自然就大了...

第四个：

std::unique_ptr<FILE, decltype(FileCloserLambda)> uptr4(fopen("test_file3.txt", "w"), FileCloserLambda);
std::cout << sizeof(uptr4) << std::endl;//4

decltype直接获取lambda原类型了，同样可以进行EBO，所以也是原始指针大小。

总结：

unique_ptr自定义deleter其实用最朴素的结构体仿函数式写法就很稳了，如果想用lambda的话，请使用decltype。

参考

编辑于 2021-04-24 20:02

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C++

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2 条评论

李华

FileCloserLambda其实是default constructable，但是c++17不允许
std::unique_ptr<FILE, decltype(FileCloserLambda)> uptr4(fopen("test_file3.txt", "w"));
也就是必须要有第二个参数FileCloserLambda。

即使在c++17里
std::unique_ptr<FILE, decltype(FileCloserLambda)> uptr4(fopen("test_file3.txt", "w"), FileCloserLambda);
FileCloserLambda也没存进unique_ptr里（size没有变大），都能EBO，为什么不能直接删掉第二个参数。

c++20里好像是允许了
std::unique_ptr<FILE, decltype(FileCloserLambda)> uptr4(fopen("test_file3.txt", "w"));

2022-05-09

Interlock

需要给lambda起一个名字，好麻烦

2022-07-15

另外一篇文章

C++学习——从unique_ptr的deleter到[[no_unique_address]]

严格鸽

编辑

柚子厨/萝莉控/acm银

20 人赞同了该文章

首先呢，unique_ptr是有第二个参数的，不过这个参数大部分人都不怎么用。

可以自定义一个deleter

void test_uptr(){
    struct A{

    };
    auto My_Deleter = [](A * ptr) {
        std::cout<<"My Deleter\n";
    };
    std::unique_ptr<A,decltype(My_Deleter)> ptr1(new A(),My_Deleter);

    // No viable conversion from 'unique_ptr<[...], (lambda at /Users/mryange/test/test.cpp:57:23)>' to 'unique_ptr<[...], (default) 
    // std::unique_ptr<A> ptr_2 = std::move(ptr1);
}

deleter的类型算在uptr的类型里面了，而shared_ptr

不是。

可以暂时理解成sptr是纯了一个类似std::function的东西作为deleter。

本文章的重点是，uptr如何保存这个deleter。

最简单的办法就是。

template<typename T ,typename Deleter>
struct Uptr{
    T *  ptr;
    Deleter deleter;
};

但是，显然，这不《0成本抽象》。

下面是msvc的实现。

_Zero_then_variadic_args_t这一坨是用来匹配不同的构造函数的，这里可以先不管

_Compressed_pair简化的样子。

template<typename Ty1 , typename Ty2 , bool = std::is_empty_v<Ty1> && !std::is_final_v<Ty1>>
struct Compressed_pair : private Ty1{
    Ty2 second ;

    Ty1 &  get_first() {
        return *this;
    }

    Ty2 & get_second(){
        return second;
    }
};
template<typename Ty1 , typename Ty2 >
struct Compressed_pair<Ty1,Ty2,false> {
    Ty1 first;
    Ty2 second ;

    Ty1 &  get_first() {
        return first;
    }

    Ty2 & get_second(){
        return second;
    }
};

这里用到了一个叫空集类优化的东西，网上的文章有很多我这里就不解释。

这里uptr把deleter放到了first，T*放到了second。

void test_Compressed_pair(){
    auto f = [](){
        std::cout<<"empty class f \n";
    };
    Compressed_pair<decltype(f), int * > pair_empty{};

    static_assert(sizeof(pair_empty) == 8);

    pair_empty.get_first()();

    struct NonEmptyCLass
    {
        NonEmptyCLass(int x) : _x(x){}
        int _x;
        void operator ()(){
             std::cout<<"non empty class \n";
        }
    };

    NonEmptyCLass g(114514);
    
    Compressed_pair<NonEmptyCLass, int * > pair_not_empty{g,nullptr};

    static_assert(sizeof(pair_not_empty) > 8);

    pair_not_empty.get_first()();

}

empty class f
non empty class

当然了，这里还有个问题就是，如果frist是个final怎么办，不能继承了啊。

在C++20

中，标准提供了更好的一种写法。

template <typename Ty1, typename Ty2>
struct Compressed_no_unique_address {
    static_assert(std::is_empty_v<Ty1>);
    Ty2 second;
    [[no_unique_address]] Ty1 first;

    Ty1 &get_first() {
        return first;
    }

    Ty2 &get_second() {
        return second;
    }
};

测试

void test_Compressed_no_unique_address() {
    struct EmptyCLass final {
    };
    static_assert(sizeof(Compressed_pair<EmptyCLass, int *>) > 8);
    static_assert(sizeof(Compressed_no_unique_address<EmptyCLass, int *>) == 8);
}

也比原来的写法好看。。。

文章中出现的代码Compiler Explorer - C++ (x86-64 clang 17.0.1)

原文地址：https://blog.csdn.net/tumu_C/article/details/144345559

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