GSL项目中not_null模板类返回值优化探讨

在微软的GSL（Guidelines Support Library）项目中，gsl::not_null模板类用于表示不可为空的指针或智能指针，是C++核心指南中的重要工具类。近期开发者发现该模板类在返回值处理上存在一个值得优化的细节。

问题背景

gsl::not_null模板类通过value_or_reference_return_t元函数决定是返回对象的值还是引用。当前实现中，当对象大小小于两个指针大小时返回值，否则返回引用。这种设计基于性能考虑，因为小型对象通过值传递通常更高效。

然而，当前实现使用了严格小于的比较(sizeof(T) < 2*sizeof(void*))，这意味着当对象大小恰好等于两个指针大小时，会强制返回引用。这与C++核心指南的建议不完全一致。

技术分析

C++核心指南明确指出：

当通过const引用传递的参数大小小于或等于2sizeof(void)时，应考虑改为按值传递。

这种建议基于现代处理器架构的特性。在多数平台上，寄存器足够容纳两个指针大小的数据，按值传递这样大小的对象通常不会带来额外开销，反而可能减少间接访问的开销。

优化建议

将比较运算符从<改为<=是合理的优化：

1. 符合C++核心指南的建议
2. 与现代编译器优化策略一致
3. 保持与cppfront实现的一致性
4. 不会引入性能回退

实现影响

这种修改会影响gsl::not_null的以下成员函数：

• operator*() const
• get() const

对于恰好等于两个指针大小的类型，修改后将从返回引用变为返回值。这种改变是ABI兼容的，不会破坏现有代码的功能性，但可能带来微小的性能差异。

结论

这个看似微小的修改体现了C++性能优化的精细考量。在系统库设计中，这类决策需要平衡指南一致性、性能表现和实现简洁性。对于GSL这样的基础库，遵循核心指南的建议尤为重要，因为它是许多项目的基础构建块。

这种优化也展示了C++元编程在实际工程中的应用，通过编译期条件判断来做出最优的性能决策，这正是现代C++库设计的精髓所在。