C++中泛型使用導(dǎo)致的膨脹問(wèn)題
前幾天，博主看了一篇文章抨擊C++的泛型會(huì)導(dǎo)致生成的可執(zhí)行文件代碼臃腫。
博主從事C++軟件開(kāi)發(fā)多年，由于之前的開(kāi)發(fā)環(huán)境都是資源充足的服務(wù)器，不用考慮磁盤(pán)空間的問(wèn)題。最近打算在智能家居主機(jī)的嵌入式平臺(tái)上使用C++進(jìn)行開(kāi)發(fā)。FLASH存儲(chǔ)空間有限，這是必須要考慮的因素，一定要重視。
如下定義兩個(gè)list，元素類(lèi)型不同：
- list<int> l1;
- list<string> l2;
如果是用C語(yǔ)來(lái)做應(yīng)該怎么辦？它會(huì)對(duì)應(yīng)list<int>寫(xiě)一套代碼，再對(duì)list<string>寫(xiě)一套。每套都有相同的成員函數(shù)，只是變量類(lèi)型各自不同罷了。
下面是list<int>的C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)方式：
- //! code-1
- struct list_int_item {
- int value;
- struct list_int_item *next;
- };
- struct list_int {
- struct list_int_item *head;
- size_t size;
- };
- void list_int_insert(struct list_int *p, int value);
- int list_int_sort(struct list_int *p);
- bool list_int_empty(struct list_int *p);
- ...
下面是list<string>的C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)方式：
- //! code-2
- struct list_string_item {
- string value;
- struct list_string_item *next;
- };
- struct list_string {
- struct list_string_item *head;
- size_t size;
- };
- void list_string_insert(struct list_int *p, string value);
- int list_string_sort(struct list_int *p);
- bool list_string_empty(struct list_int *p);
- ...
兩者之間就是類(lèi)型的差別。所以很多時(shí)間，在C語(yǔ)言中我們就用宏來(lái)替代它的類(lèi)型，如下：
- //! code-3
- #define LIST_DECLARE(TYPE) \
- struct list_##TYPE##_item { \
- TYPE## value; \
- struct list_##TYPE##_item *next; \
- }; \
- \
- struct list_##TYPE { \
- struct list_##TYPE##_item *head; \
- size_t size; \
- }; \
- \
- void list_##TYPE##_insert(struct list_##TYPE *p, ##TYPE## value); \
- int list_##TYPE##_sort(struct list_##TYPE *p); \
- bool list_##TYPE##_empty(struct list_##TYPE *p); \
- ...
然后在頭文件中是這樣定義list<double>的：
- //! code-4
- LIST_DECLARE(double)
所以，泛型產(chǎn)生冗余代碼是無(wú)法避免的，至少用C來(lái)做這樣的泛型也是無(wú)法避免的。
既然無(wú)法避免的，那就看看怎么盡可能以避免上述的問(wèn)題。在《Effective C++》中有一章節(jié)專(zhuān)門(mén)提到：不要在模板中使用不必要的參數(shù)。因?yàn)槊恳粋€(gè)不同的參數(shù)編譯器都會(huì)為之生成一套相應(yīng)的代碼。
如果代碼中只有一種數(shù)據(jù)類(lèi)型，就算用該類(lèi)型定義了多個(gè)變量，編譯器是不是只會(huì)生成一套相關(guān)的代碼？（應(yīng)該是這樣的）。
寫(xiě)個(gè)例子對(duì)比一下：（省略不必要的代碼）
test1.cpp，里面只有map<int, string>，但定義了m1, m2, m3。
- //! code-5
- map<int, string> m1;
- map<int, string> m2;
- map<int, string> m3;
- m1.insert(std::make_pair(1, "hello"));
- m2.insert(std::make_pair(1, "hi"));
- m3.insert(std::make_pair(1, "lichunjun"));
test2.cpp，與test1.cpp相比，里面有三個(gè)類(lèi)型：
- //! code-6
- map<int, string> m1;
- map<int, double> m2;
- map<int, int> m3;
- m1.insert(std::make_pair(1, "hello"));
- m2.insert(std::make_pair(1, 1.2));
- m3.insert(std::make_pair(1, 44));
結(jié)果，編譯出來(lái)的可執(zhí)行文件大小比較：
- [hevake_lcj@Hevake tmp]$ ll test1 test2
- -rwxrwxr-x. 1 18784 Mar 19 22:01 test1
- -rwxrwxr-x. 1 35184 Mar 19 22:03 test2
test2比test1大一倍，原因不用多說(shuō)。
還有一個(gè)問(wèn)題：指針是不是被認(rèn)為是一個(gè)類(lèi)型？
上面的list<int>與list<string>不能共用同一套代碼，根據(jù)的原因是因?yàn)閕nt與string這兩種類(lèi)型在空間大小與賦值的方式上都是不同的。所以，必須生成兩套代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)。
而指針，不管是什么指針，它們都是一樣的。我們可以用void*代表所有的指針類(lèi)型。
于是我們將上面的代碼改改，再測(cè)試一下：
- //! code-7
- map<int, string*> m1;
- map<int, string*> m2;
- map<int, string*> m3;
- m1.insert(std::make_pair(1, new string("hello")));
- m2.insert(std::make_pair(1, new string("hi")));
- m3.insert(std::make_pair(1, new string("lichunjun")));
與
- //! code-8
- map<int, string*> m1;
- map<int, double*> m2;
- map<int, int*> m3;
- m1.insert(std::make_pair(1, new string("hello")));
- m2.insert(std::make_pair(1, new double(1.2)));
- m3.insert(std::make_pair(1, new int(44)));
結(jié)果是這樣的：
- -rwxrwxr-x. 1 18736 Mar 19 23:05 test1
- -rwxrwxr-x. 1 35136 Mar 19 23:05 test2
預(yù)期的結(jié)果test1與test2相差不多，但從結(jié)果上看并沒(méi)有什么優(yōu)化，結(jié)果有點(diǎn)令人失望～
思考：C++有沒(méi)有什么參數(shù)可以優(yōu)化這個(gè)？
如果沒(méi)有，為了節(jié)省空間，我們只能將所有的指針統(tǒng)一定義成void*類(lèi)型了，在使用時(shí)再?gòu)?qiáng)制轉(zhuǎn)換。
- //! code-9
- map<int, void*> m1;
- map<int, void*> m2;
- map<int, void*> m3;
- m1.insert(std::make_pair(1, new string("hello")));
- m2.insert(std::make_pair(1, new double(1.2)));
- m3.insert(std::make_pair(1, new int(44)));
- cout << *static_cast<string*>(m1[1]) << endl;
- cout << *static_cast<double*>(m2[1]) << endl;
- cout << *static_cast<int*>(m3[1]) << endl;
如上代碼是將code-8的基礎(chǔ)上，將所有的指定都定義成了void*，在使用的時(shí)候用static_cast進(jìn)行強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的指針類(lèi)型。
如此得到的代碼大小與code-7的比較，只多了16個(gè)字節(jié)。
但這種做法是很不可取的，必須用void*指針之后，編譯器不再對(duì)類(lèi)型進(jìn)行檢查，很容易把類(lèi)型搞混淆。
***還是編譯器支持指針?lè)盒偷膬?yōu)化吧！
