如果使用lambda，std::unique_ptr如何没有大小开销？

Question

跟进这个问题，

How can std::unique_ptr have no size overhead?

我遵循了代码，结果在某种程度上是出乎意料的：

#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
}

最后两种类型的lambda大小为8，甚至与f()相同。

这是怎么做的？

Answer 1

无捕获的lambda不需要任何子对象；它只是一个具有operator()重载的类型。因此，它可以是(但不需要是)空类型。允许(但不需要) unqiue_ptr优化其“包含”删除类型的方式，以便如果删除类型是空类类型，那么它可以使用各种技术来确保该类型不占用unique_ptr实例本身内的存储。

有几种方法可以做到这一点。unique_ptr可以从类型继承，依靠EBO优化基类。使用C++20，它可以使它成为一个子对象，依赖于[[no_unique_address]]属性来提供空成员优化。在这两种情况下，unique_ptr<T>所需要的唯一实际存储就是指向T的指针。

相反，函数指针就是函数指针。它是一个必须有存储的基本类型，因为它可以指向任何具有该签名的函数。类型本质上包含要作为类型本身的一部分调用的成员函数；函数指针不包含。该类型的实例实际上不需要存储来找到它的operator()。

Answer 2

对于lambdas和简化decltype，您实际上是这样写的：

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>需要同时存储T*和Del。因为x1_impl和x2_impl没有数据成员，所以它们不需要存储，所以最后两个unique_ptr可以只存储一个T*。注意，decltype(&f)是void (*)(void*)，但是decltype(x1)是一个未命名的空struct。Lambda和函数指针实际上没有什么相似之处。对于函数指针，只有在运行时才知道要执行的代码，它位于指针后面。对于lambda，要执行的代码在编译时是已知的，lambda对象实际上是闭包，是捕获变量的集合。在这里，没有这样的变量，因此lambda不需要存储任何内容。