【C/C++】EBO空基类优化介绍

空对象优化（Empty Base Optimization，简称 EBO）是 C++ 编译器的一种 优化技术，用于消除空类作为基类时占用的内存空间，从而避免浪费空间、提升结构体或类的存储效率。

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1 什么是"空对象"？

一个**空类（empty class）**是指：

class Empty {};

它没有任何数据成员（包括虚函数、虚继承等），仅有默认的构造/析构函数。根据 C++ 的标准：

每个对象都必须具有唯一的地址，即使它不包含任何数据。

所以如果你直接定义：

Empty e1, e2;

编译器仍然会让 sizeof(Empty) >= 1，通常为 1 字节，以保证地址唯一性。

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2 空对象优化（EBO）原理

空类作为基类时，如果派生类没有其它成员使用其地址，那么可以省略它占用的空间。

示例：空对象优化前后对比

// 不继承空类：直接成员，浪费空间
class Empty {};

struct NotOptimized {
    int x;
    Empty e;
};

// 使用继承：可以应用 EBO
struct Optimized : Empty {
    int x;
};

对比 sizeof：

std::cout << sizeof(NotOptimized) << "\n";  // 可能是 8（int + 空类占1 + padding）
std::cout << sizeof(Optimized) << "\n";     // 通常是 4（只包含 int）

结果说明：

• NotOptimized：包含一个 Empty 成员，因此占用额外空间；
• Optimized：Empty 作为基类，如果没有虚函数/虚继承，编译器可以完全消除其空间。

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3 EBO 的典型应用场景

标准库容器优化

STL 中 std::function、std::tuple、std::optional 等结构都大量使用了 EBO。

template<typename T, typename Deleter = std::default_delete<T>>
class unique_ptr {
    T* ptr;
    Deleter deleter;  // 如果 Deleter 是空类，会占额外空间
};

如果不优化，unique_ptr<int, EmptyDeleter> 也会占两个指针大小（ptr + deleter），但 EBO 可以优化掉 deleter 空类的空间占用。

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函数对象封装/策略模式

template<typename F>
struct FuncWrapper : F {
    void operator()() { F::operator()(); }
};

如果 F 是空类，比如一个无状态 lambda 或策略类，EBO 可以让 FuncWrapper 大小为 1 或 0 字节。

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4 EBO 的限制

有虚函数或虚继承

struct Base {
    virtual void f() {}
};

• 虚表指针会阻止 EBO。

多个相同空基类

struct A {};
struct B1 : A {};
struct B2 : A {};  //  编译器不能合并两个 A 的地址

struct C : B1, B2 {};

C++ 要保证每个 A 的子对象地址不同，因此不能优化掉两个 A。

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5 C++20 的 [[no_unique_address]]

为了手动控制 EBO，C++20 引入了 [[no_unique_address]] 属性：

template<typename T, typename Deleter>
struct SmartPtr {
    T* ptr;
    [[no_unique_address]] Deleter deleter;  // 允许优化
};

• 即使 Deleter 是空类，编译器也不会强行分配空间；
• 可应用于非基类成员（突破传统 EBO 只能作用于基类的限制）；
• 可读性和语义性更好。

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总结

项目	是否允许空对象优化
空类作为成员	❌ 不允许，至少占 1 字节
空类作为非虚基类	✅ 可以优化掉空间
空类有虚函数/虚继承	❌ 无法优化（有 vptr）
多继承多个相同空基类	❌ 需保留唯一地址，不能优化
C++20 [[no_unique_address]]	✅ 可以显式允许成员优化