给定结构类型返回某个字符缓冲区的绝对最快（并且希望是优雅的）方法

Question

好吧，首先也是最重要的是，性能在这里是最重要的，所以我怀疑地图是否有效。我有一个结构列表（大约 16 个），

struct A { ... };
struct B { ... }; 
...

每个结构都不同且大小不同。

我想知道我们可以采取什么优雅的方式来做一些事情：

char BufferA[sizeof(struct A)];
char BufferB[sizeof(struct B)];

然后编写一些方法或映射来返回 BufferA（如果您正在使用结构 A）。速度绝对是最重要的，我想使用模板会有所帮助，但是我不确定整个事情是否可以模板化。

更新*** 抱歉没说清楚，缓冲区都是预先分配的。我只需要一种非常快速的方法来获取给定结构类型的正确缓冲区。

更新 2*** 抱歉没有指定，对齐是这里的一个重要特征，实际上我使用 #pragma pack(push, 1) 对每个结构进行字节对齐

Answer 1

template<typename X>
struct Buffer
{
    static char *ptr()
    {
        // Note if no alignment is needed for your use then
        // just a simple "static char buf[sizeof(X)]; return buf;"
        // would be sufficient instead of the following.
        union Aligner {
            X x;
            char buf[sizeof(X)];
        };

        static Aligner a;

        return a.buf;
    }
};

struct B
{
    int x, y, z;
};

void foo()
{
    Buffer<B>::ptr()[2] = 12;
}

使用g++ -O2，上面的代码仅在foo中生成固定的内存写入操作。

.globl _Z3foov
    .type   _Z3foov, @function
_Z3foov:
.LFB1:
    .cfi_startproc
    .cfi_personality 0x0,__gxx_personality_v0
    pushl   %ebp
    .cfi_def_cfa_offset 8
    movl    %esp, %ebp
    .cfi_offset 5, -8
    .cfi_def_cfa_register 5

    movb    $12, _ZZN6BufferI1BE3ptrEvE1a+2   <=== this is the assignment

    popl    %ebp
    ret
    .cfi_endproc

Answer 2

char BufferA[sizeof(struct A)];

不保证自动字符数组正确对齐。 （运算符 new(some_size) 和 new char[some_size] 可以保证对齐，但本例并非如此。）但是，您可以在 char 数组上使用编译器特定的对齐方式。

我想使用模板会有所帮助，但我不确定整个事情是否可以模板化。 ...我只需要一种非常快速的方法来获取给定结构类型的正确缓冲区。

由于这是基于类型的，因此模板是正确的选择。

template<class T>
struct Buffer {
  static char buffer[sizeof(T)] __attribute__((aligned));  // gcc's syntax
};

为了更方便地访问它，而不是 Buffer::buffer：

template<class T>
inline
char* get_buffer() {
  return Buffer<T>::buffer;
}

void construct_example() {
  new (get_buffer<A>()) A();
  // same as:
  new (Buffer<A>::buffer) A();
}

这只允许每个结构类型有一个缓冲区 - 这可能是一个问题 - 但这似乎是您所期望和想要的。

Answer 3

您可以编写一个具有数字模板参数和缓冲区静态成员的模板类。像这样的东西（未测试）：

template <size_t S>
class GlobalBuffer
   {
   static char Buffer[S];
   };

获取具有特定大小的结构的缓冲区现在可以这样写：

GlobalBuffer<sizeof(struct A)>::Buffer;

Answer 4

如果您调用它的代码实际上具有 A 类型的变量或其他类型的变量（而不是具有某种运行时开关），那么您可以在调用时将其用作模板参数返回缓冲区的函数。看起来像这样：

template <typename T>
char *makebuffer()
{
  return malloc(sizeof(T));
}

然后，在您的代码中，您编写 makebuffer() ，它将分配一个正确大小的缓冲区并返回它。

Answer 5

建议：改变设计。让结构返回指向其预期缓冲区的指针。

根据您的帖子，每个结构都有一个与其关联的缓冲区。这可以翻译为该结构有一个将返回关联缓冲区的方法。

像这样的：

struct A
{
  char * get_buffer(void) const;
};

在实现文件中：

static char Buffer_A;  // Static to keep it private to this translation unit.
char * A::get_buffer(void) const
{
  return Buffer_A;
};

就执行而言，这是非常有效的。它还导致通用性。您可以在父类中放置一个纯虚拟抽象方法来返回缓冲区，从而在其他函数中处理对父类的指针或引用。

注意：上面的实现使用了在类外部声明的自动变量。结构内部声明的变量可以放置在堆栈上，该堆栈的大小限制可能比类外部声明的变量小。更大的缓冲区也可以使用动态内存来声明。有关内存容量限制，请参阅编译器的文档。

Answer 6

这是字段左侧的内容，使用 boost fusion 容器，具体来说，地图.

#include <iostream>
#include <boost/fusion/container/map.hpp>
#include <boost/fusion/sequence/intrinsic/at_key.hpp>
#include <boost/array.hpp>

struct A{int a, b, c;};
struct B{double a, b, c;};
struct C{bool a, b, c; };

template <class T>
struct data
{
  data() : buffer() {}

  size_t size() const { return buffer.size(); }

  boost::array<char, sizeof(T)> buffer; // assuming no alignment issues!
};

int main(void)
{
  boost::fusion::map<boost::fusion::pair<A, data<A> >,
                     boost::fusion::pair<B, data<B> >,
                     boost::fusion::pair<C, data<C> >
    > buffer_holder;

  // to access
  std::cout << boost::fusion::at_key<A>(buffer_holder).size() << std::endl; // returns reference to data<A>

  return 0;
}

在这里，每种类型的所有缓冲区都由单个组件拥有，并且每个缓冲区都已正确构造并且可以由data包装器管理（如果您处于多线程环境中，则很有用）。不是静态的......缺点是你可以使用的模板参数的数量是有限制的，你可以通过编译器标志来增加这个数量（我之前最多使用过 30 个）。

Answer 7

尝试使用联合：在编译时解决，您可以在代码中进行少量修改即可使用。

#include <iostream>

typedef struct A_
{
    int kk;
    long long pp;
};

//
// with this kind of struct, you have instant access to A contens without memory malllocs, memory leaks,
// you can use in multithread environments, ......
// you don't need virtual tables and so on. You can inherit.......
// you don't spend more memory yhan really necesary
// you don't spend time in functions calling ...
// 

typedef struct A
{
    union
    {
        A_ a;
        char buffer[sizeof(A_)];
    };
};

int main(int argc, char **argv)
{
    A a;

        // we fill the struct information
    a.a.kk = 12;
    a.a.pp = 99991829;

    A b;

        // we access to A buffer without problems
    memcpy(&b, a.buffer, sizeof(b));
    std::cout << "b.a.kk = " << b.a.kk << " b.a.pp = " << b.a.pp << std::endl;
}