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C++中泛型使用导致的膨胀问题

前几天,博主看了一篇文章抨击C++的泛型会导致生成的可执行文件代码臃肿。

博主从事C++软件开发多年,由于之前的开发环境都是资源充足的服务器,不用考虑磁盘空间的问题。最近打算在智能家居主机的嵌入式平台上使用C++进行开发。FLASH存储空间有限,这是必须要考虑的因素,一定要重视。

如下定义两个list,元素类型不同:

list<int> l1;
list<string> l2;

如果是用C语来做应该怎么办?它会对应list<int>写一套代码,再对list<string>写一套。每套都有相同的成员函数,只是变量类型各自不同罢了。

下面是list<int>的C语言实现方式:

//! 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语言实现方式:

//! 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);
...

两者之间就是类型的差别。所以很多时间,在C语言中我们就用宏来替代它的类型,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); \
    ...

然后在头文件中是这样定义list<double>的:

//! code-4

LIST_DECLARE(double)

所以,泛型产生冗余代码是无法避免的,至少用C来做这样的泛型也是无法避免的。

既然无法避免的,那就看看怎么尽可能以避免上述的问题。在《Effective C++》中有一章节专门提到:不要在模板中使用不必要的参数。因为每一个不同的参数编译器都会为之生成一套相应的代码。

如果代码中只有一种数据类型,就算用该类型定义了多个变量,编译器是不是只会生成一套相关的代码?(应该是这样的)。

写个例子对比一下:(省略不必要的代码)

test1.cpp,里面只有map<int, string>,但定义了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,与test1.cpp相比,里面有三个类型:

//! 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));

结果,编译出来的可执行文件大小比较:

[[email protected] 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,原因不用多说。

还有一个问题:指针是不是被认为是一个类型?

上面的list<int>与list<string>不能共用同一套代码,根据的原因是因为int与string这两种类型在空间大小与赋值的方式上都是不同的。所以,必须生成两套代码来实现。

而指针,不管是什么指针,它们都是一样的。我们可以用void*代表所有的指针类型。

于是我们将上面的代码改改,再测试一下:

//! 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")));

//! 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)));

结果是这样的:

-rwxrwxr-x. 1 18736 Mar 19 23:05 test1
-rwxrwxr-x. 1 35136 Mar 19 23:05 test2

预期的结果test1与test2相差不多,但从结果上看并没有什么优化,结果有点令人失望~

思考:C++有没有什么参数可以优化这个?

如果没有,为了节省空间,我们只能将所有的指针统一定义成void*类型了,在使用时再强制转换。

//! 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;

如上代码是将code-8的基础上,将所有的指定都定义成了void*,在使用的时候用static_cast进行强制转换成对应的指针类型。

如此得到的代码大小与code-7的比较,只多了16个字节。

但这种做法是很不可取的,必须用void*指针之后,编译器不再对类型进行检查,很容易把类型搞混淆。

最好还是编译器支持指针泛型的优化吧!

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