Tại sao tối ưu hóa cơ sở trống bị cấm khi lớp cơ sở trống cũng là một biến thành viên?

Tối ưu hóa cơ sở trống là tuyệt vời. Tuy nhiên, nó đi kèm với các hạn chế sau:

Tối ưu hóa cơ sở trống bị cấm nếu một trong các lớp cơ sở trống cũng là loại hoặc cơ sở của loại thành viên dữ liệu không tĩnh đầu tiên, do hai tiểu dự án cơ sở cùng loại được yêu cầu có các địa chỉ khác nhau trong biểu diễn đối tượng thuộc loại có nguồn gốc nhất.

Để giải thích hạn chế này, hãy xem xét các mã sau đây. Ý static_assertchí thất bại. Trong khi đó, việc thay đổi Foohoặc Barthay thế kế thừa từ Base2sẽ tránh được lỗi:

#include <cstddef>

struct Base  {};
struct Base2 {};

struct Foo : Base {};

struct Bar : Base {
    Foo foo;
};

static_assert(offsetof(Bar,foo)==0,"Error!");

Tôi hiểu hành vi này hoàn toàn. Điều tôi không hiểu là tại sao hành vi cụ thể này tồn tại . Nó rõ ràng đã được thêm vào vì một lý do, vì nó là một bổ sung rõ ràng, không phải là một giám sát. Một lý do cho việc này là gì?

Cụ thể, tại sao hai tiểu dự án cơ sở phải được yêu cầu có địa chỉ khác nhau? Ở trên, Barlà một loại và foolà một biến thành viên của loại đó. Tôi không thấy lý do tại sao lớp cơ sở của Barvấn đề đối với lớp cơ sở thuộc loại foohoặc ngược lại.

Thật vậy, tôi nếu có bất cứ điều gì, tôi sẽ mong đợi đó &foogiống như địa chỉ của Barcá thể có chứa nó vì nó được yêu cầu trong các tình huống khác ⁽¹⁾ . Rốt cuộc, tôi không làm bất cứ điều gì lạ mắt với virtualsự kế thừa, các lớp cơ sở trống bất kể và việc biên dịch với các Base2chương trình cho thấy không có gì phá vỡ trong trường hợp cụ thể này.

Nhưng rõ ràng lý do này là không chính xác bằng cách nào đó, và có những tình huống khác mà giới hạn này sẽ được yêu cầu.

Giả sử câu trả lời nên dành cho C ++ 11 hoặc mới hơn (Tôi hiện đang sử dụng C ++ 17).

_{^{(1) Lưu ý: EBO đã được nâng cấp trong C ++ 11 và đặc biệt trở thành bắt buộc đối với StandardLayoutTypes (mặc dù Bar, ở trên, không phải là a StandardLayoutType).}}

Ok, có vẻ như tôi đã có lỗi mọi lúc, vì đối với tất cả các ví dụ của tôi, cần phải tồn tại một vtable cho đối tượng cơ sở, điều này sẽ ngăn chặn tối ưu hóa cơ sở trống để bắt đầu. Tôi sẽ để các ví dụ đứng vững vì tôi nghĩ rằng họ đưa ra một số ví dụ thú vị về lý do tại sao các địa chỉ duy nhất thường là một điều tốt để có.

Đã nghiên cứu sâu hơn về vấn đề này, không có lý do kỹ thuật nào để tối ưu hóa lớp cơ sở trống bị vô hiệu hóa khi thành viên đầu tiên cùng loại với lớp cơ sở trống. Đây chỉ là một thuộc tính của mô hình đối tượng C ++ hiện tại.

Nhưng với C ++ 20 sẽ có một thuộc tính mới [[no_unique_address]]cho trình biên dịch biết rằng một thành viên dữ liệu không tĩnh có thể không cần một địa chỉ duy nhất (về mặt kỹ thuật, nó có khả năng chồng lấp [intro.object] / 7 ).

Điều này ngụ ý rằng (nhấn mạnh của tôi)

Thành viên dữ liệu không tĩnh có thể chia sẻ địa chỉ của thành viên dữ liệu không tĩnh khác hoặc địa chỉ của lớp cơ sở , [...]

do đó người ta có thể "kích hoạt lại" tối ưu hóa lớp cơ sở trống bằng cách cung cấp cho thành viên dữ liệu đầu tiên thuộc tính [[no_unique_address]]. Tôi đã thêm một ví dụ ở đây cho thấy cách thức này (và tất cả các trường hợp khác tôi có thể nghĩ ra) hoạt động.

Ví dụ sai về các vấn đề thông qua điều này

Vì dường như một lớp trống có thể không có các phương thức ảo, hãy để tôi thêm một ví dụ thứ ba:

int stupid_method(Base *b) {
  if( dynamic_cast<Foo*>(b) ) return 0;
  if( dynamic_cast<Bar*>(b) ) return 1;
  return 2;
}

Bar b;
stupid_method(&b);  // Would expect 0
stupid_method(&b.foo); //Would expect 1

Nhưng hai cuộc gọi cuối cùng là như nhau.

Các ví dụ cũ (Có lẽ không trả lời câu hỏi vì các lớp trống có thể không chứa các phương thức ảo, có vẻ như vậy)

Xem xét trong mã của bạn ở trên (có thêm các hàm hủy ảo) ví dụ sau

void delBase(Base *b) {
    delete b;
}

Bar *b = new Bar;
delBase(b); // One would expect this to be absolutely fine.
delBase(&b->foo); // Whoaa, we shouldn't delete a member variable.

Nhưng trình biên dịch nên phân biệt hai trường hợp này như thế nào?

Và có lẽ một chút ít giả tạo:

struct Base { 
  virtual void hi() { std::cout << "Hello\n";}
};

struct Foo : Base {
  void hi() override { std::cout << "Guten Tag\n";}
};

struct Bar : Base {
    Foo foo;
};

Bar b;
b.hi() // Hello
b.foo.hi() // Guten Tag
Base *a = &b;
Base *z = &b.foo;
a->hi() // Hello
z->hi() // Guten Tag

Nhưng hai cái cuối cùng giống nhau nếu chúng ta có tối ưu hóa lớp cơ sở trống!