C++ Empty object & unique_ptr size

智能指针 unique_ptr 的大小是多少？

为了处理任意自定义情况，unique_ptr 包含两个模板参数：

template<
    class T,
    class Deleter = std::default_delete<T>
> class unique_ptr;

最朴素的实现，unique_ptr 包含两个成员变量，类型分别是 T*, Deleter。

T* 大小是 8 字节，Deleter 大小是多少呢？这个类是无状态的，没有成员变量，大小可以为零，但是实际上并不是这样。

C++ 规定一个空类至少有占用一个字节，目的是声明两个空类对象，这两个对象都有唯一的内存地址。

class Empty
{
};

Empty e1;
Empty e2;
static_assert(&e1 != &e2);

那么 Deleter 至少也要有一个字节大小，那么 unique_ptr 至少占用 9 个字节，加上填充，很可能是 16 个字节，相比裸指针，这浪费了一倍的空间。

如何优化呢？利用下面这条规定：

基类子对象的大小可以为零

也就是说，如果一个类继承了一个空类，那么基类可以被优化成占用零字节。继承类可能还是空类，至少一字节，或者有成员变量，不管是那种情况，继承类都不违背上一条规定。

class Sub : public Empty
{
    int x;
};

static_assert(sizeof(Sub) == 4);

那么可以使用继承类这个优化来优化 unique_ptr 空间。不管使用什么结构存放 T*, Deleter，比如 compressed_pair 或者 tuple，对于第二个模板参数，不要放一个额外的成员变量，没有必要，而是以继承的方式 : public Deleter 实现，Deleter 自身需要一个字节，但是继承类由于有其他变量，就可以把这一个字节优化掉。

所以

static_assert(sizeof(std::unique_ptr<int>) == 8);

C++20 新增了 [[no_unique_address]] 这个属性，目的就是直接解决空类必须占用至少一个字节的问题。这样 unique_ptr 的实现就能简化很多，不用弯弯绕，直接声明成员变量保存 Deleter 即可，同时加上这个属性。

使用 [[no_unique_address]] 避免无状态的成员变量占用额外空间