C++11 模板元編程 - 類型選擇


上面我們在send的函數(shù)實現(xiàn)中創(chuàng)建了一個msg,它的內(nèi)存是在函數(shù)棧空間上臨時申請的。一般系統(tǒng)間發(fā)送的消息可能會比較大,我們知道為了避免棧溢出,函數(shù)內(nèi)不宜直接定義內(nèi)存占用過大的臨時變量,所以我們設(shè)計了一個內(nèi)存池,專門用于消息的內(nèi)存分配和回收。

auto* msg = PoolAllocator::alloc<BigMsg>();
build(*msg);
// ...
PoolAllocator::free(msg);

PoolAllocator是一個全局的內(nèi)存池,它根據(jù)接收的Msg類型,計算得到需要的內(nèi)存塊大小,在內(nèi)存池中找到合適的內(nèi)存并以Msg*的類型返回,因此接收內(nèi)存的指針在定義時可以使用auto關(guān)鍵字。PoolAllocatorallocfree函數(shù)的原型如下:

struct PoolAllocator
{
    template<typename Msg> static Msg* alloc();

    static void free(void* msg);
};

使用內(nèi)存池解決了在函數(shù)棧上申請過大內(nèi)存問題,但不是沒有代價的!內(nèi)存池分配的時候需要在一堆內(nèi)存塊中查找合適的內(nèi)存塊,無論如何是沒有在棧上直接分配效率高的。如果系統(tǒng)中同時存在大量的小消息,統(tǒng)一使用內(nèi)存池分配就顯得非常不高效了!

由于dates是框架,它實現(xiàn)時不能預(yù)知客戶發(fā)送的消息大小情況,所以我們必須有一種機制來讓代碼根據(jù)客戶使用的消息大小自動決定在哪里分配內(nèi)存。

現(xiàn)在我們先實現(xiàn)一種可以在棧上分配內(nèi)存的分配器:

template<typename Msg>
struct StackAllocator
{
    Msg* alloc()
    {
        return &msg;
    }

private:
    Msg msg;
};

StackAllocator需要如下使用:

StackAllocator<BigMsg> allocator;
auto* msg = allocator.alloc();
build(*msg);

現(xiàn)在我們就可以根據(jù)Msg的大小來做類型選擇,如果消息大則用PoolAllocator,否則用StackAllocator。在做此事之前還遺留一個問題,那就是StackAllocator的使用需要生成對象,而PoolAllocator不用。而且StackAllocator申請的內(nèi)存會隨著函數(shù)退出自動釋放,而PoolAllocator申請的內(nèi)存必須手動釋放。對于此問題,我們再增加一個中間層,用于統(tǒng)一兩者的使用方式。

template<typename Msg>
struct PoolAllocatorWrapper
{
    Msg* alloc()
    {
        msg = PoolAllocator::alloc<Msg>();
        return msg;
    }

    ~PoolAllocatorWrapper()
    {
        PoolAllocator::free(msg);
        msg = nullptr;
    }

private:
    Msg* msg{nullptr};
};

PoolAllocatorWrapperPoolAllocator進行了封裝,并且使用了RAII(Resource Acquisition Is Initialization)技術(shù),在對象析構(gòu)時自動釋放內(nèi)存。如此它的用法就和StackAllocator一致了。

現(xiàn)在如果假定認為小于1024字節(jié)的算是小消息,那么我們定義如下MsgAllocator來自動進行分配器的類型選擇:

template<typename Msg>
using MsgAllocator = __if(__bool(sizeof(Msg) < 1024), StackAllocator<Msg>, PoolAllocatorWrapper<Msg>);

現(xiàn)在dates中FakeSystemsend接口的實現(xiàn)可以修改如下了:

template<typename BUILDER> 
void send(const BUILDER& builder)
{
    using Msg = __lambda_para(BUILDER, 0);

    MsgAllocator<Msg> allocator;
    auto msg = allocator.alloc();

    builder(*msg);
    // ...
}

由于我們的StackAllocatorPoolAllocatorWrapper都定義在頭文件中,而且成員函數(shù)都很短小,所以編譯器基本都會將其內(nèi)聯(lián)進來,因此這里沒有任何的額外開銷。一切都很酷,不是嗎?!!!!

對于MsgAllocator,我們還可以讓它更通用,將判斷消息大小的值也作為模板參數(shù):

template<typename Msg, int BigSize = 1024>
using MsgAllocator = __if(__bool(sizeof(Msg) < BigSize), StackAllocator<Msg>, PoolAllocatorWrapper<Msg>);

類型校驗

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