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：

1. list<int> l1; 
2. 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：

1. //! code-1 
2. struct list_int_item { 
3.     int value; 
4.     struct list_int_item *next; 
5. }; 
6.  
7. struct list_int { 
8.     struct list_int_item *head; 
9.     size_t size; 
10. }; 
11.  
12. void list_int_insert(struct list_int *p, int value); 
13. int  list_int_sort(struct list_int *p); 
14. bool list_int_empty(struct list_int *p); 
15. ... 

下面是list<string>的C语言实现方式：

1. //! code-2 
2. struct list_string_item { 
3.     string value; 
4.     struct list_string_item *next; 
5. }; 
6.  
7. struct list_string { 
8.     struct list_string_item *head; 
9.     size_t size; 
10. }; 
11.  
12. void list_string_insert(struct list_int *p, string value); 
13. int  list_string_sort(struct list_int *p); 
14. bool list_string_empty(struct list_int *p); 
15. ... 

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：

1. //! code-3 
2. #define LIST_DECLARE(TYPE) \ 
3.     struct list_##TYPE##_item { \ 
4.         TYPE## value; \ 
5.         struct list_##TYPE##_item *next; \ 
6.     }; \ 
7.     \ 
8.     struct list_##TYPE { \ 
9.         struct list_##TYPE##_item *head; \ 
10.         size_t size; \ 
11.     }; \ 
12.     \ 
13.     void list_##TYPE##_insert(struct list_##TYPE *p, ##TYPE## value); \ 
14.     int  list_##TYPE##_sort(struct list_##TYPE *p); \ 
15.     bool list_##TYPE##_empty(struct list_##TYPE *p); \ 
16.     ... 

然后在头文件中是这样定义list<double>的：

1. //! code-4 
2.  
3. 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。

1. //! code-5 
2.     map<int, string> m1; 
3.     map<int, string> m2; 
4.     map<int, string> m3; 
5.  
6.     m1.insert(std::make_pair(1, "hello")); 
7.     m2.insert(std::make_pair(1, "hi")); 
8.     m3.insert(std::make_pair(1, "lichunjun")); 

test2.cpp，与test1.cpp相比，里面有三个类型：

1. //! code-6 
2.     map<int, string> m1; 
3.     map<int, double> m2; 
4.     map<int, int> m3; 
5.  
6.     m1.insert(std::make_pair(1, "hello")); 
7.     m2.insert(std::make_pair(1, 1.2)); 
8.     m3.insert(std::make_pair(1, 44)); 

结果，编译出来的可执行文件大小比较：

1. [hevake_lcj@Hevake tmp]$ ll test1 test2 
2. -rwxrwxr-x. 1 18784 Mar 19 22:01 test1 
3. -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：

1. //! code-7 
2.     map<int, string*> m1; 
3.     map<int, string*> m2; 
4.     map<int, string*> m3; 
5.  
6.     m1.insert(std::make_pair(1, new string("hello"))); 
7.     m2.insert(std::make_pair(1, new string("hi"))); 
8.     m3.insert(std::make_pair(1, new string("lichunjun"))); 

与

1. //! code-8 
2.     map<int, string*> m1; 
3.     map<int, double*> m2; 
4.     map<int, int*> m3; 
5.  
6.     m1.insert(std::make_pair(1, new string("hello"))); 
7.     m2.insert(std::make_pair(1, new double(1.2))); 
8.     m3.insert(std::make_pair(1, new int(44))); 

结果是这样的：

1. -rwxrwxr-x. 1 18736 Mar 19 23:05 test1 
2. -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。

1. //! code-9 
2.     map<int, void*> m1; 
3.     map<int, void*> m2; 
4.     map<int, void*> m3; 
5.  
6.     m1.insert(std::make_pair(1, new string("hello"))); 
7.     m2.insert(std::make_pair(1, new double(1.2))); 
8.     m3.insert(std::make_pair(1, new int(44))); 
9.  
10.     cout << *static_cast<string*>(m1[1]) << endl; 
11.     cout << *static_cast<double*>(m2[1]) << endl; 
12.     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！

作者：临峰不畏

来源：51CTO