为什么没有成员变量的C++类占用空间？

Question

我发现MSVC和GCC编译器为每个类实例分配至少一个字节，即使这个类是一个没有成员变量（或者只有静态成员变量）的谓词。以下代码说明了这一点。

#include <iostream> 

class A 
{ 
public: 
    bool operator()(int x) const 
    { 
     return x>0; 
    } 
}; 

class B 
{ 
public: 
    static int v; 
    static bool check(int x) 
    { 
     return x>0; 
    } 
}; 

int B::v = 0; 

void test() 
{ 
    A a; 
    B b; 
    std::cout << "sizeof(A)=" << sizeof(A) << "\n" 
      << "sizeof(a)=" << sizeof(a) << "\n" 
      << "sizeof(B)=" << sizeof(B) << "\n" 
      << "sizeof(b)=" << sizeof(b) << "\n"; 
} 

int main() 
{ 
    test(); 
    return 0; 
} 

输出：

sizeof(A)=1 
sizeof(a)=1 
sizeof(B)=1 
sizeof(b)=1 

我的问题是为什么编译器需要它？我能想出的唯一原因是确保所有成员var指针都不相同，因此我们可以通过比较指向它们的指针来区分A或B类型的两个成员。但是在处理小尺寸容器时，这样做的代价非常严重。考虑到可能的数据对齐，我们可以得到每个类没有变量（？！）的16个字节。假设我们有一个自定义容器，通常会容纳几个int值。然后考虑一个这样的容器数组（大约有1000000个成员）。开销将是16 * 1000000！它可能发生的典型情况是一个带有存储在成员变量中的比较谓词的容器类。另外，考虑到类实例应该总是占用一定的空间，调用A（）（value）时应该期望什么类型的开销？

Answer 1

需要满足来自C++标准的不变量：每个相同类型的C++对象都需要有一个唯一的地址才能被识别。

如果对象不占用空间，则数组中的项目将共享相同的地址。

Answer 2

所有完整的对象都必须有唯一的地址;所以它们必须占用至少一个字节的存储空间 - 地址中的字节。

它可能发生的一个典型情况是一个带有存储在成员变量中的比较谓词的容器类。

在这种情况下，你可以使用空基类优化：一个基子被允许具有相同的地址作为完整的对象，它的组成部分，所以可以不占用存储空间。因此，您可以将谓词作为（可能是私有的）基类而不是成员附加到类。与成员相比，处理起来更加烦琐，但应该消除开销。

调用A（）（value）时应该期望什么类型的开销？

与调用非成员函数相比，唯一的开销是传递额外的this参数。如果函数被内联，那么这应该被消除（通常情况下，当调用不访问任何成员变量的成员函数时）。

Answer 3

基本上，它是两个需求之间的相互作用：相同类型的

• 两个不同的对象必须处于不同的地址。
• 在数组中，对象之间可能没有任何填充。

注意第一个条件本身并不需要非零大小：鉴于

struct empty {}; 
struct foo { empty a, b; }; 

的第一个要求很容易被具有零大小a后跟一个填充字节，以满足强制执行一个不同的地址，然后是一个零大小的b。然而，鉴于

empty array[2]; 

不再工作，因为不同的对象empty[0]和empty[1]之间的衬垫将不被允许。

Answer 4

已经有优秀的答案回答了主要问题。我想解决您表达的关注：

但是，处理小尺寸容器时，这种成本相当严重。考虑到可能的数据对齐，我们可以得到每个类没有变量（？！）的16个字节。假设我们有一个自定义容器，通常会容纳几个int值。然后考虑一个这样的容器数组（大约有1000000个成员）。开销将是16 * 1000000！它可能发生的典型情况是一个带有存储在成员变量中的比较谓词的容器类。

避免持有A

如果容器的所有实例取决于A类型的成本，那么就没有必要召开的A情况下，在容器中。只要在需要时在堆栈上创建A的实例，就可以避免与非零大小的A相关的开销。

不能够避免的控股A

你可能会被迫在容器中的每个实例的指针坚持A如果A是由多态有望成本。对于这样的容器，每个容器的成本会随着指针的大小而增加。基类A中是否有成员变量对容器的大小没有影响。

的sizeof A

影响在两种情况下，一个空类的尺寸应当具有在容器的存储需求无关。