struct - 使用单个引用传递结构是否有任何隐藏成本？

Question

我最近正在阅读this关于 D 中的结构和类的文章，作者曾评论说

...this is a perfect candidate for a struct. The reason is that it contains only one member, a pointer to an ALLEGRO_CONFIG. This means I can pass it around by value without care, as it's only the size of a pointer.

这让我思考；真的是这样吗？我可以想到一些情况，在这些情况下，相信您“免费”传递一个结构可能会存在一些隐藏的陷阱。

考虑以下代码:

struct S
{
    int* pointer;
}

void doStuff(S ptrStruct)
{
    // Some code here
}

int n = 123;
auto s = S(&n);
doStuff(s);

当 s 传递给 doStuff() 时，单个指针(包装在结构中)真的全部传递给函数吗？在我的脑海中，似乎还会传递任何指向成员函数的指针以及结构的类型信息。

当然，这对于类来说不是问题，因为它们始终是引用类型，但是结构体的按值传递语义向我表明，任何额外的“隐藏”数据(例如上面描述的)都将传递给函数以及结构体的 int 指针。这可能会导致程序员认为他们正在传递一个(假设是 64 位机器)8 字节指针，而实际上他们传递的是一个 8 字节指针以及其他几个指向函数的 8 字节指针，加上对象的类型信息的字节数。粗心的程序员会在堆栈上分配比预期多得多的数据。

我在这里追逐阴影，还是在传递带有单个引用的结构时，这是一个有效的问题，并且认为您正在获取一个伪引用类型的结构？ D 中是否有某种机制可以防止这种情况发生？

Answer 1

我认为这个问题可以推广到包装 native 类型。例如。您可以创建一个 SafeInt 类型，它包装和行为类似于 int，但会抛出任何整数溢出情况。

这里有两个问题:

1. 编译器可能无法像 native 类型那样优化您的代码。

   例如，如果您要包装 int，则可能会实现重载算术运算符。足够智能的编译器将内联这些方法，并且生成的代码将与 int 的代码没有什么不同。在您的示例中，愚蠢的编译器可能会以某种笨拙的方式编译取消引用(例如，获取结构体的起始地址，添加指针字段的偏移量(即 0)，然后取消引用)。

   此外，在调用函数时，编译器可能决定以其他方式传递结构(例如由于优化不佳或 ABI 限制)。这可能会发生，例如如果编译器不关注结构体的大小，并以相同的方式处理所有结构体。

2. D 中的struct 类型确实可能具有隐藏成员(如果您在函数中声明它)。

   例如，以下代码有效:

   import std.stdio;
   
   void main()
   {
       string str = "I am on the stack of main()";
   
       struct S
       {
           string toString() const { return str; }
       }
   
       S s;
       writeln(s);
   }
   

   它之所以有效，是因为 S 保存了一个指向 main() 堆栈帧的隐藏指针。您可以通过在声明前添加 static 前缀(例如 static struct S)来强制结构体不具有任何隐藏指针。