如何在MSVC中零开销使用C++ Tag Dispatch标签分派？

问题背景 #

你尝试用C++的Tag Dispatch机制保障运行时安全，但发现MSVC会给空的标签类分配1字节存储空间，破坏了本该零开销的抽象——而GCC和Clang会完全优化掉这些空类。由于项目要求必须实现完全无开销，需要找到适配MSVC的解决方案。

可行解决方案 #

1. 改用const引用传递标签 #

将标签类的传递方式从值传递改为const引用，MSVC会将其优化为编译期标记，不会产生实际存储开销：

class GuardType;

class TagType {
    friend GuardType;
    explicit TagType() = default;
};

struct GuardType {
    explicit GuardType() = default;
    const TagType& GetTag() const { 
        static const TagType tag;
        return tag;
    }
};

void Example(const TagType&, const TagType&, const TagType&, const TagType&);

void Test() {
    const GuardType guard;
    const auto& tag = guard.GetTag();
    Example(tag, tag, tag, tag);
    Example(tag, tag, tag, tag);
}

这种写法下，MSVC的优化效果会和GCC/Clang完全一致。

2. 用强类型枚举替代空类标签 #

如果标签不需要类的访问控制特性，直接用强类型枚举代替空类即可——枚举是编译期常量，MSVC不会为其分配运行时存储空间：

enum class TagType : int {};

struct GuardType {
    explicit GuardType() = default;
    TagType GetTag() const { return TagType{}; }
};

void Example(TagType, TagType, TagType, TagType);

void Test() {
    const GuardType guard;
    const auto tag = guard.GetTag();
    Example(tag, tag, tag, tag);
    Example(tag, tag, tag, tag);
}

3. 使用[[msvc::no_unique_address]]属性 #

MSVC支持该属性（对应标准[[no_unique_address]]的微软特定实现），若标签类作为其他类型的成员存在，该属性会让编译器忽略空类的存储空间占用：

class GuardType;

class TagType {
    friend GuardType;
    explicit TagType() = default;
};

struct GuardType {
    [[msvc::no_unique_address]] TagType internal_tag;
    explicit GuardType() = default;
    const TagType& GetTag() const { return internal_tag; }
};

注意该属性对按值传递的参数作用有限，更适合标签作为成员变量的场景。

4. 空基类场景用__declspec(empty_bases) #

如果标签类是作为基类使用，MSVC的__declspec(empty_bases)修饰符可以强制空基类不占用存储空间：

class GuardType;

__declspec(empty_bases)
class TagType {
    friend GuardType;
    explicit TagType() = default;
};

原理说明 #

MSVC默认ABI会给空类分配1字节以保证对象地址唯一性，但通过上述方法，要么利用引用/枚举的编译期特性绕过存储分配，要么用编译器属性强制优化空类的存储空间占用，最终实现零开销的Tag Dispatch。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者mitaclaw