C++模板参数与函数参数选型：三种get_endpoint_value实现优劣对比

第一种实现：template<typename T, uint16_t response_size> T get_endpoint_value(const uint16_t endpoint_id) #

• 优点：
  • 编译期确定缓冲区长度：response_size作为模板参数，栈缓冲区长度是编译期常量，不需要使用动态内存，也避免了变长数组（VLA）这一非标准C++特性的使用
  • 泛用性优于第二种实现：同一个response_size的实例可以处理任意endpoint_id的请求，不需要为每个endpoint_id单独生成函数实例
  • endpoint_id作为运行时参数，可以支持动态配置、从外部输入读取id的场景，比如上位机下发id再查询的场景
• 缺点：
  • 每用到一种新的T类型或者新的response_size值就会生成一个新的函数实例，会产生一定的二进制体积增量
  • 缓冲区长度无法运行时动态调整，无法适配部分响应长度动态变化的接口

第二种实现：template<typename T, uint16_t response_size, uint16_t endpoint_id> T get_endpoint_value() #

• 优点：
  • 所有参数都是编译期常量，编译器可以做极限优化：比如endpoint_id可以直接硬编码到发送帧里，不需要额外的参数传递开销，执行效率是三者最高的
  • 同样编译期确定缓冲区长度，不需要动态内存和VLA
• 缺点：
  • 只要T、response_size、endpoint_id任意一个值不同，就会生成独立的函数实例，二进制膨胀问题是三者里最严重的，如果endpoint_id数量多的话体积增量会非常明显
  • 完全不支持运行时动态传入endpoint_id，只适合id完全固定的静态场景

第三种实现：template<typename T> T get_endpoint_value(serial::Serial* serial, const uint16_t endpoint_id, const uint16_t response_size) #

• 优点：
  • 只有T类型是模板参数，只要T类型数量少，生成的函数实例数量就非常少，二进制体积是三者最小的
  • endpoint_id和response_size都是运行时参数，灵活度最高，支持动态配置id、动态调整响应缓冲区长度的场景
  • 把serial实例作为参数传入，不需要依赖全局串口实例，单元测试更方便，可以很容易替换成mock串口
• 缺点：
  • response_size是运行时参数，如果要在栈上开缓冲区，要么用非标准的VLA，要么需要用动态内存（比如std::vector<uint8_t> buffer(response_size)），会有一点点额外的开销
  • 编译器无法针对固定的response_size、endpoint_id做常量折叠优化，执行效率比前两种略低

关于二进制膨胀的选型参考 #

你当前的选型思路是合理的：

模板参数每出现一个新的组合就会生成独立的函数实例，确实会带来二进制体积增长，第二种实现把endpoint_id也放到模板参数里，相当于有多少个不同的id就会多多少个函数实例，在id数量多的场景下体积膨胀会非常明显。

如果你的场景里endpoint_id存在动态输入的可能，或者id数量比较多，优先选择第一种或者第三种实现：

• 如果所有response_size都是固定值、且值的数量很少，选第一种实现，兼顾性能和体积
• 如果response_size也存在动态变化的可能，或者对二进制体积要求极高，选第三种实现即可，动态内存开缓冲区的开销在串口通信这种低速场景下几乎可以忽略不计

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Jacob Dahl