如果使用 lambda，std::unique_ptr 如何沒有大小開銷

Question

跟進這個問題，
std::unique_ptr 如何沒有大小開銷？

我做了以下代碼，結果出乎意料：

#include <memory>

#include <cstdio>

void f(void *p){
    free(p);
}

int main(){
    auto x1 = [](void *p){ free(p); };
    auto x2 = [](void *p){ f(p); };

    printf("%zu\n", sizeof(std::unique_ptr<int>                 )); //  8, expected
    printf("%zu\n", sizeof(std::unique_ptr<int, decltype(&f)>   )); // 16, expected
    printf("%zu\n", sizeof(std::unique_ptr<int, decltype(x1)>   )); //  8, unexpected
    printf("%zu\n", sizeof(std::unique_ptr<int, decltype(x2)>   )); //  8, unexpected
}

lambda 的最后兩種類型的大小為 8，即使它們與f()做同樣的事情。

這是怎么做的？

Answer 1

對 lambda 進行脫糖並簡化decltype ，您實際上寫道：

int main(){
    struct x1_impl {
        void operator()(void *p) { free(p); }
    };
    x1_impl x1;
    struct x2_impl {
        void operator()(void *p) { f(p); }
    };
    x2_impl x2;

    printf("%zu\n", sizeof(std::unique_ptr<int>));
    printf("%zu\n", sizeof(std::unique_ptr<int, void (*)(void*)>));
    printf("%zu\n", sizeof(std::unique_ptr<int, x1_impl>));
    printf("%zu\n", sizeof(std::unique_ptr<int, x2_impl>));
}

unique_ptr<T, Del>需要同時存儲T*和Del 。 由於x1_impl和x2_impl沒有數據成員，它們不需要存儲，所以最后兩個unique_ptr可以只存儲一個T* 。 請注意， decltype(&f)是void (*)(void*) ，但decltype(x1)是一個未命名的空struct 。 Lambda 和 function 指針實際上完全不同。 使用 function 指針，要執行的代碼僅在運行時才知道，位於指針后面。 使用 lambda，要執行的代碼在編譯時是已知的，而 lambda object 實際上是閉包，捕獲變量的集合。 在這里，沒有這樣的變量，所以 lambdas 不需要存儲任何東西。

Answer 2

無捕獲的 lambda 不需要任何子對象； 它只是一種具有operator()重載的類型。 因此，它可以是（但不是必須是）空類型。 unqiue_ptr被允許（但不是必需的）優化它“包含”刪除器類型的方式，這樣，如果刪除器類型是空的 class 類型，那么它可以使用各種技術來確保該類型不占用存儲空間unique_ptr實例本身。

有幾種方法可以做到這一點。 unique_ptr可以從類型繼承，依靠 EBO 優化掉基礎 class。 使用 C++20，它可以將其作為成員子對象，依靠[[no_unique_address]]屬性來提供空成員優化。 無論哪種情況， unique_ptr<T>需要的唯一實際存儲是指向T的指針。

相比之下，function 指針是 function 指針。 它是必須具有存儲的基本類型，因為它可以指向具有該簽名的任何 function。 一個類型本質上包含成員 function 作為類型本身的一部分來調用； function 指針沒有。 該類型的實例實際上並不需要存儲來找到它的operator() 。