用闭包类型初始化的g++：std：：函数总是使用堆分配吗？

Question

互联网上的一些消息来源(特别是this one)说，std::function使用小闭包优化，例如，如果闭包大小小于一定的数据量，它不会分配堆(上面的链接表示16个字节用于gcc)

所以我深入研究了g++头文件

看起来是否应用这种优化是由"functional“头中的这段代码决定的(g++ 4.6.3)

static void
_M_init_functor(_Any_data& __functor, _Functor&& __f)
{ _M_init_functor(__functor, std::move(__f), _Local_storage()); }

下面是几行代码：

static void
_M_init_functor(_Any_data& __functor, _Functor&& __f, true_type)
{ new (__functor._M_access()) _Functor(std::move(__f)); }

static void
_M_init_functor(_Any_data& __functor, _Functor&& __f, false_type)
{ __functor._M_access<_Functor*>() = new _Functor(std::move(__f)); }
  };

例如，如果_Local_storage()为true_type，则调用placement-new，否则调用常规new

_Local_storage的定义如下：

typedef integral_constant<bool, __stored_locally> _Local_storage;

和__stored_locally：

static const std::size_t _M_max_size = sizeof(_Nocopy_types);
static const std::size_t _M_max_align = __alignof__(_Nocopy_types);

static const bool __stored_locally =
(__is_location_invariant<_Functor>::value
 && sizeof(_Functor) <= _M_max_size
 && __alignof__(_Functor) <= _M_max_align
 && (_M_max_align % __alignof__(_Functor) == 0));

最后：__is_location_invariant：

template<typename _Tp>
struct __is_location_invariant
: integral_constant<bool, (is_pointer<_Tp>::value
               || is_member_pointer<_Tp>::value)>
{ };

所以。据我所知，闭包类型既不是指针也不是成员指针。为了验证我甚至写了一个小的测试程序：

#include <functional>
#include <iostream>

int main(int argc, char* argv[])
{
  std::cout << "max stored locally size: " << sizeof(std::_Nocopy_types) << ", align: " << __alignof__(std::_Nocopy_types) << std::endl;

  auto lambda = [](){};

  typedef decltype(lambda) lambda_t;

  std::cout << "lambda size: " << sizeof(lambda_t) << std::endl;
  std::cout << "lambda align: " << __alignof__(lambda_t) << std::endl;

  std::cout << "stored locally: " << ((std::__is_location_invariant<lambda_t>::value
     && sizeof(lambda_t) <= std::_Function_base::_M_max_size
     && __alignof__(lambda_t) <= std::_Function_base::_M_max_align
     && (std::_Function_base::_M_max_align % __alignof__(lambda_t) == 0)) ? "true" : "false") << std::endl;
}

输出结果为：

max stored locally size: 16, align: 8
lambda size: 1
lambda align: 1
stored locally: false

所以，我的问题是:用lambda初始化std::function总是会导致堆分配吗？还是我错过了什么？

Answer 1

从GCC 4.8.1开始，libstdc++中的std：：函数只针对指向函数和方法的指针进行优化。因此，无论您的functor的大小如何(包括lambda)，从它初始化std：：函数都会触发堆分配。不幸的是，也不支持自定义分配器。

Visual C++ 2012和LLVM libc++确实避免了分配给任何足够小的functor。

注意，对于这个优化来说，你的函数式函数应该满足std::is_nothrow_move_constructible。这是为了支持除std::function::swap()之外的任何其他函数。幸运的是，如果所有捕获的值都满足这个要求，那么lambda就会满足这个要求。

您可以编写一个简单的程序来检查各种编译器上的行为：

#include <functional>
#include <iostream>

// noexpect missing in MSVC11
#ifdef _MSC_VER
# define NOEXCEPT
#else
# define NOEXCEPT noexcept
#endif

struct A
{
    A() { }
    A(const A&) { }
    A(A&& other) NOEXCEPT { std::cout << "A(A&&)\n"; }

    void operator()() const { std::cout << "A()\n"; }

    char data[FUNCTOR_SIZE];
};

int main()
{
    std::function<void ()> f((A()));
    f();

    // prints "A(A&&)" if small functor optimization employed
    auto f2 = std::move(f); 

    return 0;
}

Answer 2

我敢打赌，如果你加上这个：

std::cout << "std::__is_location_invariant: " << std::__is_location_invariant<lambda_t>::value << std::endl;

你会得到：

std::__is_location_invariant: 0

至少ideone says是这么想的。

Answer 3

函数的分配是一个实现细节；但是我最后检查了一下，12字节是msvc的最大函数器大小，16字节是gcc的函数大小，24字节是boost+msvc的函数大小。