c++ - 通用类型与显式类型类/结构

Question

我想知道类/结构的通用 和显式 类型实现的影响。 [关于性能和代码/二进制大小]

例如，假设我想实现一个可以接受任何这些值类型(int、float、double)的元组结构。

有两种方法:

1- 将通用结构与模板一起使用

template <class T>
struct tuple{
    T x,y;
    //... the rest of methods and operand implementations
};

2- 为每种类型显式实现一个拷贝

struct tuplef{
    float x,y;
    //... the rest of methods and operand implementations
};

struct tuplei{
    int x,y;
    //... the rest of methods and operand implementations
};

struct tupled{
    double x,y;
    //... the rest of methods and operand implementations
};

在我看来，第一种方法更容易更新和维护，但当用户尝试使用某些方法实现中未考虑的类型时不安全(这将需要过滤和路由到不同类型的实现，并且可能添加一些额外的操作)，但是在第二种方法中，它会更安全，因为只接受特定类型，但是要处理不同版本的代码来更新方法的实现很费力，而且它是如此冗余并且涉及更多代码行。

期待对此的不同观点的启发。

注意:我先用谷歌搜索了一下，但找不到太多关于此事的信息

编辑:这里还有一点要考虑的是，在第一种方法中，当使用使用泛型类型的成员方法时，我们想要使用类 (cpp) 的实现文件是不可避免的，但是在第二个中我们可以只包含头文件(h)。似乎这对主题有相关影响 [check this out] .

Answer 1

自然地，二进制大小将有点依赖于编译器/链接器，但我还没有发现使用类模板并生成适当的模板实例实际上使二进制大小膨胀的情况比手写等效的多，除非您的手写元组通过 dylib 导出。

链接器在消除多个翻译单元之间的冗余代码方面做得非常出色。这不是我认为理所当然的事情。在我以前的工作场所，我们不得不处理对二进制分布大小非常执着的心态，并且必须有效地证明这些具有直接手写等价物的类模板实际上并没有比手写等价物增加更多的分布大小。

在某些情况下，任何类型的代码生成都会使二进制文件膨胀，但这通常是在代码生成被用作动态分支形式的静态替代方案(例如，静态与动态多态性)的情况下。例如，将 std::sort 与 C 的 qsort 进行比较。如果您使用 std::sort 然后使用 qsort 对大量可简单构造/可破坏的类型进行排序，那么 qsort 可能会产生一个较小的二进制文件，因为它不涉及代码生成，并且每种类型唯一需要的唯一代码是比较器。 std::sort 将为每个类型生成一个全新的排序函数，其中比较器可能内联，处理方式不同。

也就是说，std::sort 通常比 qsort 运行速度快 2-3 倍，以换取更大的二进制文件，这是由于将动态调度换成了静态调度，这就是通常在您看到代码生成产生影响的地方——在速度(有代码生成)或更小的二进制大小(没有代码生成)之间做出选择时。

无论如何，有些美学可能会让您偏爱手写版本:

struct tuplef{
    float x,y;
    //... the rest of methods and operand implementations
};

...但性能和二进制大小不应该在其中。如果您希望这些不同的元组在它们的设计或实现中有更多差异，这种方法会很有用。例如，您可能有一个 tupled 想要对齐其成员并将 SIMD 与 AoS 代表一起使用，如下所示*:

_{* 这不是 SIMD 的一个很好的例子，它只受益于 128 位 XMM 寄存器，但希望足以说明一点。}

struct tupled{
    ALIGN16 double xy[2];
    //... the rest of methods and operand implementations in SIMD
};

...如果您只有一个通用元组，这种变体可能会非常笨拙且难以实现。

template <class T>
struct tuple{
    T x,y;
    //... the rest of methods and operand implementations
};

值得注意的是，对于这样的类模板，您不一定需要将所有内容都作为类的成员函数。通过像这样选择非成员，您可以获得更多的灵 active 和简单性:

typedef tuple<float> tuplef;
typedef tuple<double> tupled;

/// 'some_operation' is only available for floating-point tuples.
double some_operation(const tupled& xy) {...}
float some_operation(const tuplef& xy) {...}

... 在 some_operation 的实现需要根据元组类型彼此不同的情况下，您现在可以使用普通的旧函数重载。对于没有意义的类型，您还可以省略 some_operation 的重载，并获得您正在谈论的那种过滤和路由行为。它还有助于防止您的 tuple 变成一个整体来支持非成员，并将它与并非同样适用于所有元组的操作分离。

当然，您也可以使用一些更高级的技术来实现这一点，同时仍将所有内容都保留为类的成员。然而，在不同类型的元组之间或仅适用于某些类型的元组的实现中，在这里支持非成员可以帮助使代码更加简洁。您可以支持适用于所有元组且实现方式几乎相同的公分母操作的成员，同时支持非成员操作元组类型之间不同的操作，例如