Empty Class（空类）的作用

最新推荐文章于 2022-04-14 22:00:32 发布

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分类专栏： C++

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本文探讨了C++中空类的应用及其如何通过私有继承禁止复制构造和赋值操作。介绍了如何利用空基类优化（EBO）减少派生类的内存占用。

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假如有一个这样的类，没有数据成员和操作（除了本身默认存在的构造函数、复制构造函数、析构函数、copy assignment函数），那么，它能做什么？

class Empty
{
};

一开始我也是以为这样的空类能够有什么作用呢，直到我看了[1]，才感叹自己如此肤浅（所以也建议你去看：）

先假设我们有个很傲娇的类，它不希望通过构造函数生成，也不希望别的对象对它赋值。很不巧，如果我们没有在类中声明复制构造函数或者赋值操作符，那么编译器会为我们默认生成。

那么如何防止这样的事情发生呢？
将复制构造函数和赋值操作符声明为私有

像这样：

class SomeClass
{
    private:
    SomeClass(const SomeClass&);
    SomeClass& operator=(const SomeClass&);
    ...
};

那么当有以下操作都是非法的：

//假如有SomeClass s;
SomeClass scopy(s);//error
s = scopy;//error

然而更加高级的做法是定义一个空类，将空类的复制构造函数和赋值操作符声明为私有，然后让SomeClass继承它。像这样：

class Empty
{
protected:
    Empty(){}                    //允许derived class调用
    ~Empty(){}
private:
    Empty(const Empty&);            //阻止了copying
    Empty& operator = (const Empty&);
};

class SomeClass: private Empty
{
    ...
};

当有人尝试拷贝SomeClass 对象时，编译器会试着去调用base class，也就是Empty 的 copy 构造函数，然后因为private 而告终。

另一个方面，一个空类没有数据成员，理应是不占内存的。
但是sizeof运用于空类的话，会发现空类大小为1。
引用[1]中的原话：

然而，由于技术上的理由，C++裁定凡是独立（非附属）对象都必须有非零大小
通常C++ 官方勒令默默安插一个char 到空对象内。

但，这个约束并不适用于derived class对象内的base class成分，因为它们并非独立。

也就是说，如下：

class SomeClass1
{
private:
    int x;
    Empty e;
};

class SomeClass2: public Empty
{
private:
    int x;
}:

sizeof(SomeClass1) == 8;
sizeof(SomeClass2) == 4;

Someclass1 占用内存肯定不等于一个int，而且因为内存对齐的原因，结果占用内存达到了8;

这是所谓的EBO(empty base optimization：空白基类最优化)

[参考资料]
[1] [1] Scott Meyers 著, 侯捷译. Effective C++ 中文版: 改善程序技术与设计思维的 55 个有效做法[M]. 电子工业出版社, 2011.（条款06：若不想使用编译器自动生成的函数，就该明确拒绝、条款39：明确而审慎地使用private 继承）