C++ Memory System Part3 : 优化

前面的系列我们讲了自定义new和delete操作，其中针对deleteArray的问题还有需要优化的地方。我们这次就针对POD类型进行一次优化。

下面的代码是针对POD类型的模板函数实现，分别为NewArrayPOD和DeleteArrayPOD:

template <typename T, class ARENA>
T* NewArrayPOD(ARENA& arena, size_t N, const char* file, int line)
{
  return static_cast(arena.Allocate(sizeof(T)*N, file, line));
}

template <typename T, class ARENA>
void DeleteArrayPOD(T* ptr, ARENA& arena)
{
  arena.Free(ptr);
}

从上面可以看出，针对POD类型，我们不需要调用析构函数，只需要将内存释放即可，所以其区别于非POD类型。但是如果实现了POD和非POD两个版本的函数，该如何让我们的宏根据类型自己调用合适的函数呢？

我们采用的方式是放弃NewArrayPOD和DeleteArrayPOD这种另外实现一个函数的方式，而是重载NewArray和DeleteArray函数，使宏根据参数来正确调用对应的函数。我们首先要实现的是一个traits-class，它用来判断一个类型是不是POD类型。这可以通过定义一个基础模板类和一些特化版本来实现，代码如下：

template <typename T>
struct IsPOD
{
  static const bool Value = false;
};

template <>
struct IsPOD<char>
{
  static const bool Value = true;
};

template <>
struct IsPOD<int>
{
  static const bool Value = true;
};

// etc.

对于任何一个给定的类型T，我们可以通过编译期常量IsPOD<T>::value来确定T是否为一个POD类型。当然了，如果使用了C++11及以后的标准，标准库中就实现了std::is_pod。

两个重载版本的函数实现如下：

template <typename T, class ARENA>
T* NewArray(ARENA& arena, size_t N, const char* file, int line, NonPODType)
{
  // implementation for non-POD types
}

template <typename T, class ARENA>
T* NewArray(ARENA& arena, size_t N, const char* file, int line, PODType)
{
  // implementation for POD types
}

template <typename T, class ARENA>
void DeleteArray(T* ptr, ARENA& arena, NonPODType)
{
  // implementation for non-POD types
}

template <typename T, class ARENA>
void DeleteArray(T* ptr, ARENA& arena, PODType)
{
  // implementation for POD types
}

当然了，看到上面的代码后，你可能会问，C++的重载是根据类型来的，又不是根据值，我们不能只通过一个true和一个false来重载函数。所以为了让上面的代码能够正确工作，我们需要再实现一个模板黑魔法称为type-based dispatching。

template <bool I>
struct IntToType
{
};

typedef IntToType<false> NonPODType;
typedef IntToType<true> PODType;

这样，我们就可以将上一节中的宏定义修改为：

// old version
#define ME_NEW_ARRAY(type, arena) NewArray<TypeAndCount<type>::Type>(arena, TypeAndCount<type>::Count, __FILE__, __LINE__)

// new version
#define ME_NEW_ARRAY(type, arena) NewArray<TypeAndCount<type>::Type>(arena, TypeAndCount<type>::Count, __FILE__, __LINE__, IntToType<IsPOD<TypeAndCount<type>::Type>::Value>())

有点小长，但是如果理解了背后的技巧和原理，实现起来其实并不复杂。但是我们还有最后一个问题，就是在宏定义#define OM_DELETE_ARRAY(object, arena) DeleteArray(object, arena)中不能直接使用Is_POD<T>方法，因为obejct本身是一个值，不是一个一个类型，我们又不想显式的再用一个参数来制定类型，因为编译器已经知道了类型，所以我们要做的就是让编译器自己推到出类型再调用DeleteArray函数，所以我们只需将DeleteArray函数封装在一个模板函数中，就可以实现这一点，代码如下：

template <typename T, class ARENA>
void DeleteArray(T* ptr, ARENA& arena)
{
  DeleteArray(ptr, arena, IntToType<IsPOD<T>::Value>());
}

至此为止，我们对POD和非POD类型的优化工作已经结束，现在我们可以高效的使用自定义的OM_NEW_ARRAY和OM_DELETE_ARRAY了。

参考link:

https://stoyannk.wordpress.com/2018/01/10/generic-memory-allocator-for-c-part-3/

https://bitsquid.blogspot.com/2010/09/custom-memory-allocation-in-c.html

https://blog.molecular-matters.com/