为什么空基class也是成员变量时禁止空基优化？

Question

Empty base optimization 太棒了。但是，它有以下限制：

Empty base optimization is prohibited if one of the empty base classes is also the type or the base of the type of the first non-static data member, since the two base subobjects of the same type are required to have different addresses within the object representation of the most derived type.

要解释此限制，请考虑以下代码。 static_assert 将失败。然而，将 Foo 或 Bar 更改为从 Base2 继承将避免错误：

#include <cstddef>

struct Base  {};
struct Base2 {};

struct Foo : Base {};

struct Bar : Base {
    Foo foo;
};

static_assert(offsetof(Bar,foo)==0,"Error!");

我完全理解这种行为。我不理解的是为什么这种特殊行为存在。它显然是出于某种原因添加的，因为它是明确的添加，而不是疏忽。这样做的理由是什么？

特别是，为什么要求两个基本子对象具有不同的地址？上面的Bar是一个类型，foo是那个类型的成员变量。我不明白为什么 Bar 的基数 class 对 foo 类型的基数 class 很重要，反之亦然。

事实上，如果有的话，我希望 &foo 与包含它的 Bar 实例的地址相同——因为在其他情况下需要它 ⁽¹⁾。毕竟，我没有对 virtual 继承做任何花哨的事情，不管怎样，基础 classes 都是空的，并且 Base2 的编译表明在这种特殊情况下没有任何中断。

但显然这种推理在某种程度上是不正确的，还有其他情况需要这种限制。

假设答案应该针对 C++11 或更新版本（我目前使用的是 C++17）。

^{_{⁽¹⁾ 注意：EBO 在 C++11 中升级，特别是 StandardLayoutTypes（尽管上面的 Bar 不是 StandardLayoutType）。}}

Answer 1

好吧，好像我一直都错了，因为对于我的所有示例，都需要存在一个用于基础对象的 vtable，这将防止空基础优化开始。我将保留这些示例，因为我认为它们提供了一些有趣的示例，说明为什么拥有唯一地址通常是一件好事。

经过更深入的研究，当第一个成员与空基 class 的类型相同时，没有技术原因可以禁用空基 class 优化。这只是当前 C++ 对象模型的属性。

但在 C++20 中会有一个新属性 [[no_unique_address]] 告诉编译器非静态数据成员可能不需要唯一地址（从技术上讲它 可能重叠 [intro.object]/7)。

这意味着（强调我的）

The non-static data member can share the address of another non-static data member or that of a base class, [...]

因此可以通过给第一个数据成员属性 [[no_unique_address]] 来 "reactivate" 空基数 class 优化。我添加了一个示例 here 来说明这个（以及我能想到的所有其他情况）是如何工作的。

错误的例子通过这个

既然一个空的class好像没有虚方法，那我再补充第三个例子：

int stupid_method(Base *b) {
  if( dynamic_cast<Foo*>(b) ) return 0;
  if( dynamic_cast<Bar*>(b) ) return 1;
  return 2;
}

Bar b;
stupid_method(&b);  // Would expect 0
stupid_method(&b.foo); //Would expect 1

但是最后两次调用是一样的

老例子（可能不回答这个问题，因为空 classes 似乎不包含虚拟方法）

在上面的代码（添加了虚拟析构函数）中考虑以下示例

void delBase(Base *b) {
    delete b;
}

Bar *b = new Bar;
delBase(b); // One would expect this to be absolutely fine.
delBase(&b->foo); // Whoaa, we shouldn't delete a member variable.

但是编译器应该如何区分这两种情况呢？

也许不那么做作：

struct Base { 
  virtual void hi() { std::cout << "Hello\n";}
};

struct Foo : Base {
  void hi() override { std::cout << "Guten Tag\n";}
};

struct Bar : Base {
    Foo foo;
};

Bar b;
b.hi() // Hello
b.foo.hi() // Guten Tag
Base *a = &b;
Base *z = &b.foo;
a->hi() // Hello
z->hi() // Guten Tag

但是如果我们有空基 class 优化，最后两个是相同的！

为什么空基class也是成员变量时禁止空基优化？

Why is empty base optimization forbidden when the empty base class is also a member variable?

c++

inheritance

class

memory-layout

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