C++如何在编译期根据条件移除类成员字段以缩减类体积

问题根因 #

你原有方案无法压缩类大小的核心原因是C++标准要求所有完整对象的大小至少为1字节，即便你对Conditional做了空特化，作为类成员的空Conditional实例依然会占用至少1字节的空间，无法实现完全移除的效果。

C++20 无继承实现方案 #

你可以直接使用C++20引入的[[no_unique_address]]属性解决该问题，该属性允许空类型的成员与其他成员共享内存地址，完全不占用额外空间，无需用到类继承。

你原有Conditional模板的定义无需修改：

template <bool Condition, class FieldType>
struct Conditional { FieldType Value; };

template <class FieldType>
struct Conditional<false, FieldType> {};

只需要在声明Conditional类型的类成员时，加上[[no_unique_address]]标记即可：

struct TestClass {
    [[no_unique_address]] Conditional<true, int> int_field; // 条件成立时占用int大小
    [[no_unique_address]] Conditional<false, double> double_field; // 条件不成立时完全不占空间
    char common_field; // 普通公共成员
};

上述示例中，sizeof(TestClass)等于sizeof(int) + sizeof(char)对齐后的大小，double_field不会占用任何额外空间。

注意事项 #

如果你的类中存在多个条件不成立的Conditional成员，需要保证它们的类型不同才能全部被优化掉。你可以给模板增加一个Tag参数做区分：

// 增加非类型模板参数Tag区分不同字段
template <bool Condition, class FieldType, int Tag = 0>
struct Conditional { FieldType Value; };

template <class FieldType, int Tag>
struct Conditional<false, FieldType, Tag> {};

// 使用示例
struct MultiFieldClass {
    [[no_unique_address]] Conditional<false, int, 0> field1;
    [[no_unique_address]] Conditional<false, long, 1> field2;
    char c;
};
// 此时sizeof(MultiFieldClass) == sizeof(char)

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Erunehtar