c++ - 类模板中的多个可选成员，无需开销

Question

如果我想要一个带有可选成员的类，我正在使用模板特化:

template<class T>
struct X {
  T t;
  void print() { cout << "t is " << t << '\n'; }
};
template<>
struct X<void> {
  void print() { cout << "without T\n"; }
};

这很好，因为没有运行时开销和很少的代码重复。 但是，如果我有 3 个而不是 1 个可选类成员，我必须编写 2^3=8 个类，即“小重复”很快变得不合理。

一个可能的解决方案可能是像这样使用 std::conditional:

template<class T1, class T2, class T3>
struct X {
  conditional_t<is_void_v<T1>, char, T1> t1;
  conditional_t<is_void_v<T2>, char, T2> t2;
  conditional_t<is_void_v<T3>, char, T3> t3;

  void print() {
    if constexpr (!is_void_v<T1>) cout << "t1 is " << t1 << '\n';
    if constexpr (!is_void_v<T2>) cout << "t2 is " << t2 << '\n';
    if constexpr (!is_void_v<T3>) cout << "t3 is " << t3 << '\n';
  }
};

但是现在，我类(class)的对象会浪费内存。我正在寻找某种方法来避免大部分代码重复(在可选成员代码开销的数量上最多呈线性)，同时避免花费不必要的运行时间和内存。

请注意，对于单个可选类成员(请参阅 Optional class members without runtime overhead 、 Most efficient way to implement template-based optional class members in C++? )存在此问题(有答案)，但据我所知，对于多个可选成员尚未回答。

Answer 1

使用 optional_member 类，

template <class T>
struct OptionalMember
{
    T t;
    static constexpr bool has_member = true;
};

template<> struct X<void>
{
    static constexpr bool has_member = false;
};

您可以使用继承(只要它们的类型不同)和 EBO 来避免额外的内存。

template<class T1, class T2, class T3>
struct X : OptionalMember<T1>, OptionalMember<T2>, OptionalMember<T3>
{
  void print() {
    if constexpr (!OptionalMember<T1>::has_member)
        cout << "t1 is " << OptionalMember<T1>::t << '\n';
    if constexpr (!OptionalMember<T2>::has_member)
        cout << "t2 is " << OptionalMember<T2>::t << '\n';
    if constexpr (!OptionalMember<T1>::has_member)
        cout << "t3 is " << OptionalMember<T3>::t << '\n';
  }
};

或者，从 C++20 开始，属性 [[no_unique_address]] (只要它们的类型不同，就没有额外的内存)。

template<class T1, class T2, class T3>
struct X {
  [[no_unique_address]] OptionalMember<T1> t1;
  [[no_unique_address]] OptionalMember<T2> t2;
  [[no_unique_address]] OptionalMember<T3> t3;

  void print() {
    if constexpr (!t1.has_member) cout << "t1 is " << t1.t << '\n';
    if constexpr (!t2.has_member) cout << "t2 is " << t2.t << '\n';
    if constexpr (!t3.has_member) cout << "t3 is " << t3.t << '\n';
  }
};

如果类型可能相同，您可以修改 OptionalMember采取额外的标签(或任何类型的标识符作为 std::size_t ):

template <class T, class Tag>
struct OptionalMember
{
    T t;
    static constexpr bool has_member = true;
};

template<class Tag> struct X<void, Tag>
{
    static constexpr bool has_member = false;
};

然后

struct tag1;
struct tag2;
struct tag3;

并使用 OptionalMember<TX, tagX>而不是 OptionalMember<TX>从上面的解决方案。