两个成员都是位标志的大小相同的类之间的实际差异

Practical differences between 2 class of the same size whose members are all bitflags

本文关键字：之间 两个 成员 标志      更新时间：2023-10-16

一般来说，在C++中，类的大小是其成员的聚合大小，包括任何基类成员。

这样定义的两个类之间的实际区别是什么，它们的成员都表示位标志：

class A { // 16 bytes
uint64_t x;
uint64_t y;
};
class B { // 16 bytes
uint64_t x;
uint32_t y;
uint16_t z;
uint8_t  r;
uint8_t  s;
};

我能想到的是：

  • B的数据可以更细粒度地访问，而无需执行逐位操作。例如，要访问A中等效的B:：r，您必须执行以下操作：

    (a.y & 0xFF00) >> 8; // b.r
  • 从语义上讲，不同的成员意味着这些成员的数据属于类的不同概念。即："年龄"与"长度"是不同的概念

我认为两个类上的东西都是一样的：

  • 内存布局

我不知道的事情：

  • 如何在两个类之间影响CPU缓存
  • 在对这两个类的成员执行逐位操作时，任何速度差

问题的答案在很大程度上取决于目标平台，尤其是其应用程序二进制接口(ABI)。您可以在此处检查X86-64 System V ABI(Windows有不同的ABI)：

https://github.com/hjl-tools/x86-psABI/wiki/X86-psABI

ABI管理结构布局(以及许多其他事项)，正如Sam所提到的，两个结构的布局不能保证相同。对于X86-64，它们恰好是相同的，但对于其他目标，可能会引入字段之间的填充。

字段本身的访问方式也取决于目标体系结构，即可用于进行加载和存储的指令。存在许多不直接支持字节大小的存储器访问的机器，因此字段r和s将在更宽的负载后通过移位来访问。编译器有责任为字段访问操作生成正确的代码。

同样可以理解的是，一些机器可能有足够宽的寄存器来容纳整个结构，这意味着访问任何字段都需要一些位处理。实际上，X86-64 ABI指定了函数调用语义，该语义将两个寄存器中的任何一个结构传递给被调用者，然后被调用者需要提取数据，很可能会将数据推送到堆栈上以便在函数中进行访问。

对于几乎所有现实世界中的应用程序，这些细节都无关紧要，任何一种结构布局都可以正常工作。从程序员的角度来看，第二种方法最好假设字段对应于程序中的逻辑概念。读取简单的字段访问比位偏移和字段访问的掩码容易得多。

当然，某些应用程序非常关心布局、性能、空间问题或系统之间的互操作性。

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