C++ 零大小的成员子对象。为什么不呢？

这是今天零尺寸对象和子对象系列中的第三个问题。 标准清楚地表明，成员子对象的大小不能为零，而基类子对象的大小可以为零

struct X {}; //empty class, complete objects of class X have nonzero size
struct Y:X { char c; }; //Y's size may be 1 
struct Z {X x; char c;}; //Z's size MUST be greater than 1

为什么不允许零大小的成员子对象，就像零大小的基类子对象一样

短暂性脑缺血发作

康拉德回答后编辑： 考虑下面的例子：

struct X{}; 
struct D1:X{};
struct D2:D1, X {}; //D2 has 2 distinct subobjects of type X, can they both be 0 size and located at the same address?

如果同一类型X的两个基类子对象（如我的示例中）可以位于同一地址，那么应该能够成为子对象的成员。如果不能，那么编译器会特别处理这种情况，也可以特别处理Konrad的示例（见下面的答案），如果同一类中有多个相同类型的子对象，则不允许零大小的成员子对象。我错在哪里

为什么不允许零大小的成员子对象

因为同一类型的多个（子）对象可能具有相同的地址，这是标准所禁止的：

struct X { virtual ~X() { /* Just so we can use typeid! */ } };
struct Y {
    X a;
    X b;
};

Y y;
// The standard requires that the following holds:
assert(typeid(y.a) != typeid(y.b) or &y.a != &y.b);

---

这有点合乎逻辑：否则，这两个对象在所有意图和目的上都是相同的（因为对象的标识完全由其类型和内存地址决定），单独声明它们是没有意义的。

我认为你的问题很好-事实上，早期一些关于空基类优化的文章谈到了“空成员优化”，并明确指出类似的优化可以应用于成员。也许，在标准出现之前，有些编译器就这样做了

这只是空泛的猜测，我没有太多的支持，但我昨天看了标准的一些方面

C兼容性 在本例中：

struct X{};
struct Y{};
struct Z {
   struct X x;
   struct Y y;
   int i;
};

根据C++03规则，

Z

将是一个POD，但如果

x

和

y

是零大小的子对象，则布局与C不兼容。C布局兼容性是PODs存在的原因之一。这个问题不会发生在基类上，因为C没有基类，而在C++03中有基类的类不是pod，所以所有的赌注都是无效的：）。访问者注意到C实际上不支持空结构。所以整个论点都是错误的。我只是假设是这样的——这似乎是一个无害的概括

此外，程序似乎假设了一些事情，比如

y

的地址大于

x

，诸如此类的事情——这是由5.10/2中指针上的关系运算符保证的。我真的不知道是否有令人信服的理由允许这样做，或者有多少程序在实践中使用它

依我看，这是所有这些中最有力的论点

不能很好地推广到数组 继续上面的示例，添加以下内容：

struct Z1 {
   struct X x[1];
   struct Y y[1];
   int i;
};

…人们可能期望

sizeof（Z1）=sizeof（Z）

，并且

x

和

y

也可以像普通数组一样工作（即，可以形成一个超过结束指针的指针，该指针与任何元素的地址都不同）。这些期望之一将被零大小的子对象打破

没有基本情况那么令人信服 从空基派生的主要原因之一是因为它是策略或接口类型类。这些代码通常是空的，要求它们占用空间会造成“抽象惩罚”，即使组织更好的代码更加臃肿。这是Stroustrup在C++中不需要的——他希望在最小运行时成本下适当的抽象。 另一方面，如果声明类型的成员，则不会继承其函数、typedef等；而且您不会得到从派生到基的特殊指针转换，因此可能没有理由使用零大小的成员而不是零大小的基

这里的一个反例类似于STL容器中的分配器策略类——您不一定希望容器派生自它，但您希望“保持它”而不占用开销

空基类案例涵盖了大多数用途 …如果担心空间开销，可以使用私有继承而不是声明成员。虽然没有那么直接，但你或多或少也能达到同样的效果。显然，如果您有很多空成员，并且希望占用零空间，那么这就不能很好地工作

这是另一个特例 有相当多的微妙的事情，不与此优化工作。例如，您不能

memcpy

将零大小的POD子对象的位放入

char

数组，然后返回，或在零大小的子对象之间返回。我见过有人用

memcpy

实现

operator=

（我不知道为什么…），这会破坏这类东西。假定为基类而不是成员破坏这些东西的问题不大。

编译器当然可以有条件地允许零大小的成员对象和基类，但这会更复杂。无论类型如何，空基类优化始终适用。每当编译器看到一个类派生自一个没有数据成员的类时，它都可以使用空基类优化

按照@Konrad Rudolphs的示例，对于成员对象，它必须检查类型，验证该位置不存在其他相同类型的对象，然后可能应用您的优化。除非成员对象位于包含类的末尾。如果是这样，那么对象的“真实”（非零）大小将超出包含类的末尾，这也是一个错误。这在基类的情况下永远不会发生，因为我们知道基类位于派生类的开头，并且派生类的大小非零

因此，这样的优化将更加复杂，更加微妙，更可能以意想不到的方式中断

我不能马上举出任何零尺寸成员对象肯定会断裂的例子，但我不相信它们也不存在。我已经指出了一些限制