Zero-Cost Abstraction. Или нет?
#опытным

Концепция бесплатных абстракций-то есть. Но концепции они обычно в банках-консервах хранятся. В реальности все немного сложнее и бесплатный только труд стажеров в современном IT.

Вот как много из вас думает, что уникальный указатель - это бесплатная абстракция? Думаю, что очень многие. Но давайте посмотрим на реальность.

Для чего используется уникальный указатель? Чтобы избавиться от сырых указателей, снять головную боль по освобождению памяти и четко показать в коде передачу владения. То есть такой код:

void bar(int *ptr);

// Takes ownership
void baz(int *ptr);

void foo(int *ptr) {
    if (*ptr > 42) {
        bar(ptr);
        *ptr = 42;
    }
    baz(ptr);
}

хорошо бы переписать с использованием std::unique_ptr:

void bar(int *ptr);

// Takes ownership.
void baz(std::unique_ptr<int> ptr);

void foo(std::unique_ptr<int> ptr) {
    if (*ptr > 42) {
        bar(ptr.get());
        *ptr = 42;
    }
    baz(std::move(ptr));
}

Будет ли здесь оверхэд рантайма? Ох-ох-ох, еще как!

Вот асм для первого сниппета:

foo(int):
        cmpl    $43, (%rdi)
        jl      baz(int)@PLT
        pushq   %rbx
        movq    %rdi, %rbx
        callq   bar(int)@PLT
        movq    %rbx, %rdi
        movl    $42, (%rbx)
        popq    %rbx
        jmp     baz(int)@PLT

А вот для второго:

foo(std::unique_ptr<int, std::default_delete<int>>):
        pushq   %rbx
        subq    $16, %rsp
        movq    %rdi, %rbx
        movq    (%rdi), %rdi
        cmpl    $43, (%rdi)
        jl      .LBB0_2
        callq   bar(int)@PLT
        movq    (%rbx), %rdi
        movl    $42, (%rdi)
.LBB0_2:
        movq    %rdi, 8(%rsp)
        movq    $0, (%rbx)
        leaq    8(%rsp), %rdi
        callq   baz(std::unique_ptr<int, std::default_delete<int>>)@PLT
        movq    8(%rsp), %rdi
        testq   %rdi, %rdi
        je      .LBB0_5
        movl    $4, %esi
        callq   operator delete(void, unsigned long)@PLT
.LBB0_5:
        addq    $16, %rsp
        popq    %rbx
        retq
        movq    %rax, %rbx
        movq    8(%rsp), %rdi
        testq   %rdi, %rdi
        je      .LBB0_8
        movl    $4, %esi
        callq   operator delete(void, unsigned long)@PLT
.LBB0_8:
        movq    %rbx, %rdi
        callq   _Unwind_Resume@PLT

Он в 4 раза больше! Если внимательно присмотреться, то можно увидеть, что значительная часть кода здесь тратится на подчищение памяти и обработку исключений. Да, исключения - это вещь, где RAII очень сильно помогает. Вот вам ссылочки на годболт: тык и тык


Но предположим, что изначальный код был корректным и там не вылетало никаких исключений. Пометим функции как noexcept:

void bar(int *ptr) noexcept;

void baz(std::unique_ptr<int> ptr) noexcept;

void foo(std::unique_ptr<int> ptr) {
    if (*ptr > 42) {
        bar(ptr.get());
        *ptr = 42;
    }
    baz(std::move(ptr));
}

Вот асм:

foo(std::unique_ptr<int, std::default_delete<int>>):
        pushq   %rbx
        subq    $16, %rsp
        movq    %rdi, %rbx
        movq    (%rdi), %rdi
        cmpl    $43, (%rdi)
        jl      .LBB0_2
        callq   bar(int)@PLT
        movq    (%rbx), %rdi
        movl    $42, (%rdi)
.LBB0_2:
        movq    %rdi, 8(%rsp)
        movq    $0, (%rbx)
        leaq    8(%rsp), %rdi
        callq   baz(std::unique_ptr<int, std::default_delete<int>>)@PLT
        movq    8(%rsp), %rdi
        testq   %rdi, %rdi
        je      .LBB0_4
        movl    $4, %esi
        callq   operator delete(void, unsigned long)@PLT
.LBB0_4:
        addq    $16, %rsp
        popq    %rbx
        retq

Стало чуть меньше, но это явно не zero-cost.

Любую проблему можно решить с помощью введения дополнительного уровня индирекции, но эти индирекции накладывают свои косты.

Этот пост не для того, чтобы не пользоваться абстракциями. Просто у всего есть цена и надо это осознавать и в жизни, и при написании программ.

Be aware about costs. Stay cool.